Investigadores alemanes han hecho recientemente un importante descubrimiento que permite ampliar y mejorar la comprensión de las herramientas optogenéticas, es decir, cómo controlar los procesos cerebrales a través de la luz. 

La optogenética utiliza la luz para controlar los procesos cerebrales y la actividad neuronal. Se basa en la utilización de proteínas controladas por la luz, como la canalrodopsina-2, un canal iónico que se abre cuando es expuesto a la luz, activando los procesos celulares. En colaboración con colegas de la Universidad Humboldt de Berlín, los investigadores de la Universidad Ruhr de Bochum, arrojan ahora luz sobre su modo de acción. El equipo encabezado por el profesor Kalus Gerwert y el pofesor Peter Hegemann publicó recientemente la investigación el la revista científica PNAS. 

Enorme potencial terapeútico

Los investigadores consideran que la optogenética tiene un potencial terapéutico enorme. “Es posible que la luz se pueda usar para hacer que las personas ciegas vean o para tratar enfermedades como el Parkinson”, explica Gerwert. 

Descubierta por Peter Hegemann, la canalrodopsina-2 es la proteína central activada por luz utilizada e optogenética. Si este “canal de iones” se aplica a las células nerviosas, los canales pueden abrirse con la luz, activando así la célula. 

En el pasado los científicos no se ponían de acuerdo de acuerdo sobre cómo se activa este canal. “Pero es precisamente la comprensión de la reacciones moleculares en la proteína y de la conductividad iónica resultante lo que es esencial para optimizar la proteína para sus potenciales aplicaciones”, cuenta Gerwert.

Dos caminos paralelos

Los investigadores lograron descubrir cómo se activa el canal en detalle. Al combinar la espectroscopia infrarroja, simulaciones biomoleculares y experimentos electrofísicos, demostraron que la fotoexcitación desencadena dos estructuras diferentes, y no, como se suponía anteriormente, solo una. Una de ellas resulta en la activación del canal requerido usado en optogenética. Mientras que la otra proporciona meramente una corriente de protones débil; de todas formas, a mayores exposiciones, esta se fortalece y suprime la activación del canal requerido. En consecuencia, la herramienta optogenética pronto comienza a perder su eficacia. “ Si bloqueamos esta ruta paralela no deseada mediante el diseño de proteínas específicas, podríamos optimizar considerablemente la herramienta optogenética”, concluye Gerwert. 

Realizando las investigaciones en la canalrodopsina-2, los investigadores aprovecharon su  amplia experiencia con respecto a los mecanismos de activación con luz con Bacteriorodopsina, los cuales fueron resueltos con detalle hace años. “Igual que en la Bacteriorodopsina, la moléculas de agua unidas a la proteína desempeñan un papel crucial en la conductividad de los protones”, concluye Gerwert.