Nobel de medicina 2026: Optogenética. Microalgas y Cerebro.
Cita:
Zárate-Rivera, A. (2026). “Nobel de Medicina 2026: Optogenética. Cerebro y Microalgas” AlgaeBank. Revista en línea. URL: https://algaebank.com.mx/nobel-de-medicina-2026-optogenetica-microalgas-y-cerebro
El nobel de medicina o fisiología de 2026 nos concierne de manera especial por tratarse de biotecnología desarrollada a partir de nuestra microalga favorita Chlamydomonas reinhardtii.
Otorgado por The Nobel Assembly of Karolinska Institutet a los investigadores Peter Hegemann, Georg Nagel y Karl Deisseroth, por sus investigaciones en la optogenética, nueva área del conocimiento en biología molecular. El nobel tiene implicaciones históricas, en el mapeo del cerebro y el estudio de sus funciones, pero también en el desarrollo del equivalente a un fotodiodo en células vivas, el switch optogenético.
El estudio de Chlamydomonas
En la mancha ocular de Chlamydomonas reinhardtii (en inglés eyespot) se expresa una proteína extraordinaria de manera nativa. La microalga Chlamydomonas sp. es una eucariota modelo en investigación, fotosintética y de nado libre que habita en ambientes húmedos de agua dulce, contiene el equivalente a un «ojo» rudimentario [1]. Como los ojos, mancha ocular es una estructura retinal sensible a la luz, pero es diez veces más eficiente que los ojos humanos.
Fig. 1. Chlamydomonas WT, en rojo mancha ocular. Escala 10 μm.
En la superficie retinal de la mancha ocular se expresa la proteína canalrodopsina, gran protagonista del premio nobel (fig 2). Una proteína de doble función: canal iónico y antena. Insólita hasta su descubrimiento a principios de los 2000, se recibió con escepticismo en la comunidad científica porque hasta entonces se desconocía este tipo de canales iónicos «duales». Esta característica bioestructural eficientiza la captación de energía.
Fig 2. Diagrama de la superficie retinal de la mancha ocular en Chlamydomonas reinhardtii, en rosa canalrodopsina [3].
Fig. 3. Estructura cristalina de Canalrodopsina 2 de Chlamydomonas reinhardtii (cerrada).
PDB-ID: 6EID
Cuando Chlamydomonas detecta luz, este canal se abre para dejar entrar electrones hacia el interior, energía útil para la célula a una velocidad de 0.2 milisegundos. El proceso de captación de luz en los ojos humanos demora unos 10 milisegundos.
A principios de 1990 Hegemann, deserrolló la hipótesis de la existencia de esta proteína, sin herramientas para demostrarlo. El científico se preguntaba cómo era posible que Chlamydomonas nadara tan velozmente hacia una lámpara que colocaba a distintas pocisiones de los recipientes de cultivo. La comunidad científica conocía ya las proteínas canal iónico, pero un canal iónico/antena resultaba poco creíble.
Fig 4. Nado de Chlamydomonas mediado por el gradiente de electrones directamente en la mancha ocular [4].
Hegemann intentó aislar, sin éxito, la proteína fotosensible de Chlamydomonas. tratándose de proteínas de mancha ocular altamente inestables. Una década después, un grupo de investigación japonés secuencia el genoma completo de Chlamydomonas. El grupo de Hegemann encontró dos genes que presentaban similitudes significativas con genes conocidos de proteínas captadoras de luz.
Switch optogenético
En su laboratorio, Nagel se dedicaba al estudio de proteínas mediante su expresión recombinante en ovocitos de la rana Xenopus. Utilizó óvulos de rana para estudiar los dos genes de Chlamydomonas, inyectó copias de estos, por separado, en diferentes lotes de óvulos de rana, que entonces comenzaron a producir en masa las dos proteínas desconocidas.
Las proteínas se ubicaron en la superficie de los óvulos. Utilizando sensores micrométricos pudo determinar que al recibir una incidencia lumínica, las células experimentaban un pulso eléctrico. Demostrando así que la hipótesis de Hegemann era correcta: las proteínas eran canales iónicos que se abrían al exponerse a la luz. Las llamaron Canalrodopsina 1 y 2.
Fig 5. Canalrodopsina-2 expresada en óvulos de Xenopus, diagrama [4].
Hegemann y Nagel probaron a introducir el gen de la canalrodopsina-2 en células renales embrionarias humanas y en células renales de hámsteres. Las células se volvieron sensibles a la luz: al exponerse a ella, producían una señal eléctrica.
¿Algas en el cerebro?
Deisseroth, introduce el gen chr2 en células nerviosas de rata cultivadas in vitro. Le preocupaba que las células se vieran afectadas negativamente por el gen extraño, generando cuerpos de inclusión, pero comenzaron a producir canalrodopsina-2 sin problemas. Cuando el grupo de investigación expuso las células nerviosas a luz azul, estas reaccionaron de inmediato. La luz provocó una señal nerviosa que podía propagarse a otras células nerviosas.
Fig 6. Deisseroth introdujo el gen que codifica la canalrodopsina-2 en células nerviosas que cultivó en una placa de Petri, lo que hizo que las células nerviosas fueran sensibles a la luz. Utilizando luz azul, los investigadores lograron desencadenar una señal nerviosa rápida [2]. diagrama [4].
Deisseroth luego se preocupó por demostrar que el sistema podía funcionar con ejemplares de ratón vivos, ya no solo con células individuales cultivadas in vitro. Introdujo el gen chr2 en un tipo específico de célula nerviosa motora en la corteza cerebral de ratones. Iluminó las células nerviosas con una fina fibra óptica, esto le permitió controlar los movimientos de los bigotes del ratón.
La célula no es una máquina y aún así, herramientas novedosas de la biología molecular moderna se conceptualizan desde la lógica discreta. Los switches ON/OFF aparecen en 2007, por primera vez en el trabajo de los laureados al nobel.
El “interruptor optogenético” (o switch) es una máquina protéica sensible a la luz, que desencadena efectos en las células vivas a la velocidad más alta conocida en las células vivas. El trabajo realizado en conjunto desde inicios de los noventas abre una nueva era en la exploración de la neurobiología.
Referencias
[1]. Riki Kawaguchi (2012). Retina, Retinol, Retinal and the Natural History of Vitamin A as a Light Sensor. MDPI Nutrients December 2012 4(12):2069-2096 DOI:10.3390/nu4122069
[2]. Bettighofer, W. (2011). Chlamydomonas reinhardtii P.A.Dangeard, nom. cons., 1888. AlgaeBase.
[3]. Yamashita & Baluska (2023). Algal Ocelloids and Plant Ocelli. Plants 2023, 12(1), 61; https://doi.org/10.3390/plants12010061
[4]. The Nobel Assembly at Karolinska Institutet (2026). A light-sensitive algal protein energised neuroscience.