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Juan Carlos GilJosé EdelsteinIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasLuisa Achaerandiocrick y la luz neuronaloptogenética técnica realistacontroversia premio nobel optogenéticaFrancis CrickGeorg NagelIgnacio CrespoMisenbockDeiserothDeiseroffpremio NobelFrancis VillatoroIgnacioHéctor SocasPeter HegelmanKarl DeisserothFundación BBVAEspañapremio Fronteras de ConocimientoParkinsonNeuralinkCRISPRLa naranja mecánicaCamillo GolgiCLAMPTeiserobPeter Hegemann
Optogenética técnica realista
Con
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Ignacio Crespo explica cómo Peter Hegelman, Georg Nagel y Karl Deisseroth recibieron el Premio Nobel por su trabajo en optogenética, y menciona una posible controversia relacionada con personas no premiadas.
…fuera reversible para poder comparar rápidamente en un mismo sistema que ocurre cuando está activado y apagado y para eso necesitas intercalarlo prácticamente en el momento, es decir, cómo está activado, qué pasa si lo desactivo y comparar así varias veces. No había ninguna solución posible, aunque tanteó Crick precisamente esto en 1999, diciendo: si la hay, posiblemente tenga que ver con la luz, algo que puedes encender y apagar con velocidad y que además podría ser bastante específico espacialmente si consigues llevarlo a las neuronas que te interesa. La cosa es cómo establecer esos mecanismos para hacer de esto una técnica realista; y eso es lo que se está premiando. Se ha premiado en varios bloques, podríamos decir, pero creo que aquí ha habido polémica y podría ser interesante decir la persona que no ha sido premiada también. La primera de las preguntas de los corresponsales que estaban allí en el anuncio del Nobel fue que qué había pasado con Nissenbock, que es otro investigador que había conseguido cosas parecidas. A través de edición genética había cogido proteínas que están…
Significado #2 · Palabras #1
Ignacio Crespo explica que Peter Hegelman, Georg Nagel y Karl Deisseroth recibieron el Premio Nobel por su trabajo en optogenética, una técnica para controlar la expresión de genes mediante luz.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #5 · Palabras #5optogenética control genes luzpremio nobel peter hegelmanneurociencia implicaciones optogenéticaestudio cerebro optogenética…y lo primero es decir que aunque el láser puede tener que ver, por la misma regla de tres podríamos decir que la fibra óptica, que fue otro premio distinto. Así que vamos a ir desde la base, vamos a explicar cuál es el problema que aquí se intenta resolver. El premio Nobel, empecemos con los nombres tal vez, se ha repartido en este caso entre Peter Hegelman, Georg Nagel y Karl Deisseroth. y estas tres personas han estado trabajando en la línea de la optogenética que viene a ser la capacidad de controlar a través de la luz la expresión de determinados genes y por ningún lado por ahora aparece la palabra neuro porque aunque ha tenido unas implicaciones muy importantes en la neurociencia no se restringe sólo al estudio de la neurociencia pero qué implicaciones ha tenido porque realmente ha ganado el premio por esa parte. ha ganado el premio por cuanto ha arrojado de luz, valga ahí el juego, al estudio del cerebro. Y es que nos enfrentábamos a un gran problema, un Problema que arrastra la neurociencia desde antes de ser neurociencia y es encontrar la relación causal entre las estructuras y la actividad del cerebro y nuestro comportamiento. No solamente que haya correlaciones, que se presente a la vez la actividad de…
Ignacio Crespo explica cómo Peter Hegelman, Georg Nagel y Karl Deisseroth recibieron el Premio Nobel por su trabajo en optogenética, y menciona una posible controversia relacionada con personas no premiadas.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #2 · Palabras #1crick y la luz neuronaloptogenética técnica realistacontroversia premio nobel optogenética…fuera reversible para poder comparar rápidamente en un mismo sistema que ocurre cuando está activado y apagado y para eso necesitas intercalarlo prácticamente en el momento, es decir, cómo está activado, qué pasa si lo desactivo y comparar así varias veces. No había ninguna solución posible, aunque tanteó Crick precisamente esto en 1999, diciendo: si la hay, posiblemente tenga que ver con la luz, algo que puedes encender y apagar con velocidad y que además podría ser bastante específico espacialmente si consigues llevarlo a las neuronas que te interesa. La cosa es cómo establecer esos mecanismos para hacer de esto una técnica realista; y eso es lo que se está premiando. Se ha premiado en varios bloques, podríamos decir, pero creo que aquí ha habido polémica y podría ser interesante decir la persona que no ha sido premiada también. La primera de las preguntas de los corresponsales que estaban allí en el anuncio del Nobel fue que qué había pasado con Nissenbock, que es otro investigador que había conseguido cosas parecidas. A través de edición genética había cogido proteínas que están…
Ignacio Crespo explica las dificultades iniciales para obtener y estudiar la rhodopsina utilizada en optogenética, destacando su escasez en algas y la necesidad de identificar el gen que la codificaba.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #20rhodopsina en algasgenoma rhodopsina neurocienciaproteína rhodopsina vertebradospurificación rhodopsina difícil…había una molécula que reaccionaba a la luz, una rhodopsina, en este caso de canal, que curiosamente, cuando midieron el tiempo que tardaba en reaccionar, estaba en la escala de los miles. Segundos. Esto ya era llamativo porque nos indicaba que la rhodopsina Que actuaba en este caso no debía ser parecida a la que conocíamos en vertebrados, por ejemplo la que hay en nuestros ojos, que tarda un poquito más porque necesita esa cascada de otras reacciones previas. Y esto era muy interesante como herramienta para metérsela en la caja de herramientas y luego sacarla para estudiar la neurociencia; estaba muy en el aire. Solamente sabían que existía, estaban cantidades muy pequeñas en estas algas, con lo que purificarlo era difícil y había que explorar el genoma para ver cuál era el gen que codificaba para esa proteína, no era fácil. Por suerte, otros grupos de investigadores, no premiados en este Caso, ya habían secuenciado el genoma. Y echando un ojo a la estructura de esta proteína, de esta rhodopsina, comparándola con la nuestra, dijeron: bueno, pues si se parecen tanto de aspecto, probablemente también compartan características en los genes que…
Ignacio Crespo plantea una pregunta sobre la necesidad de métodos complejos como la optogenética para activar neuronas, comparándolos con alternativas más tradicionales como los electrodos cerebrales que Neuralink busca implementar.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #15optogenética activación neuronalelectrodos cerebrales neuralinkestimulación neuronal electrodos…para que introduzcan este material genético en las células que nos interesa y que esas células lo expresen a su vez produciendo la proteína. Lo consiguió. Consiguió que esas neuronas se activaran rápidamente ante estímulos de luz de forma muy específica. Y habrá gente que hasta aquí diga: ¿hacía falta estas alforjas para este viaje? Porque de toda la vida hemos escuchado que podemos introducir electrodos en el cerebro, o sea, al final lo que pretende Neuralink, y si son muy finitos, pues digo yo que estimularán las neuronas de la zona. el problema es que no es tan fácil, primero, si realmente consigo introducirlo, que hay técnicas para ello, y de hecho fueron premiadas también con un Nobel en una neurona que suelo hacer con pipetas de vidrio, bueno, puedo estimular esa neurona, pero si lo…
Se describe un experimento en el que se busca devolver la vista a pacientes con retinosis pigmentaria mediante la técnica de optogenética, haciendo sensibles las neuronas restantes de la retina.
Significado #1 · Palabras #4optogenética acuñado por misenbockmisenbock término optogenética 2006deiseroth prueba optogenética en ratonesestimulación luz neuronas editadas genéticamenteoptogenética conecta genética comportamientoluz neurociencia relaciones causaleslaboratorio controlado exploración causaloptogenética herramienta investigación básicapremio nobel optogenéticaproteínas retina retinosis pigmentariapaciente retinosis pigmentaria desencadena vistaoptogenética neuronas retinaretinosis pigmentaria técnica optogenéticaneuronas sensibles a la luzenfermedades del sueño optogenética…y que efectivamente se activen. Que no dependa de aspectos estocásticos como dependería el estímulo a través de electrodos y pues, como digo, Deiseroth consiguió esta reacción en tejidos pero como decíamos, la idea era llevarlo a sistemas vivos más complejos. Así que en 2005 consiguieron en tejidos, en 2006 recupera esta investigación Misenbock, que lo habíamos comentado al principio, y pone ya el término optogenética, y en 2007, porque había seguido de Iseroth con todo esto, consigue probarlo en ratones; consigue que la estimulación a través de luz de unas neuronas concretas editadas genéticamente para que expresen esta proteína genere el movimiento en los bigotes del ratón. Esto ya es fantástico porque es conectar genética con comportamiento. A través de la luz, a través de la neurociencia, pero conecta ambos mundos. Por supuesto, siempre en una situación muy de laboratorio, muy concreta, pero que nos permite explorar; explorar y establecer esas relaciones causales, y esto lógicamente tiene su parte aplicada porque hasta aquí. Está muy bien para investigación básica; de hecho, es un premio de investigación básica. Lo insistieron en el anuncio del Nobel, pero también comentaban que ya había tenido cierta utilidad clínica: lo habían utilizado para introducir estas proteínas en las pocas neuronas de la retina de un paciente con retinosis pigmentaria, que había perdido la actividad de las neuronas que normalmente recibirían la luz y que podrían por lo tanto desencadenar la vista en este caso. Como las ha perdido y si conseguimos hacer sensibles las neuronas que siguen presentes en la retina y que en condiciones normales no serían tan sensibles a la luz. Esto se puede hacer en principio. Con esta técnica lo probaron y aunque de manera muy básica empezó a poder distinguir luces y sombras con gran contraste. Esto es devolver la vista hasta cierto punto con la técnica. Habrá que ver cómo se sigue desarrollando, para qué otras cosas se puede utilizar, pero sí que se tantea, por ejemplo, para enfermedades del sueño; cabe la posibilidad de que pueda funcionar. Luisa nos habló de experimentos en su momento relacionados con recuerdos que desencadenan reacciones de miedo; incluso en 2012 ya se empezaron a encontrar estas relaciones para poder borrar recuerdos. Un año después ya hay un artículo que indica la…
Francis Villatoro expresa su opinión sobre el premio Nobel relacionado con la optogenética, destacando que fue otorgado principalmente a Deiseroff, quien tiene 54 años, mientras que los otros investigadores involucrados son mayores, entre 71 y 73 años.
Habla: Francis VillatoroSignificado #14 · Palabras #3optogenética tratamiento estrés postraumáticooptogenética y agresión estudios inicialesnaranja mecánica referencia optogenéticapremio nobel optogenética cajal golgiclamp estimular neurona específica vidrioneurohistologías investigación cajal golgipremio nobel optogenética deiseroffoptogenética neurociencia aplicación clínicaoptogenética premio fronteras conocimientodeiseroth fundación bbva optogenéticaneurociencia técnicas optogenéticas laboratorios…posibilidad de generar recuerdos falsos, recuerdos que en ese caso es simplemente relacionar una emoción con un estímulo, algo muy básico; no pensemos que está creando fantasías en la cabeza del ratón, no tiene por qué haber ni siquiera una narrativa detrás. Pero bueno, su relación con las emociones, con el tratamiento del síndrome de estrés postraumático, por ejemplo, podría ser muy interesante e incluso con la agresión. Hay algunos estudios que van por ahí donde la gente ya se le ponen los pelos de punta, lógicamente, porque traen recuerdos de la naranja mecánica y cositas similares, pero bueno, eso ya es muy a largo plazo, no es lo que nos debería preocupar ahora. Y por englobarlo un poco, Yo creo que este premio, por mucho que nos pueda parecer básico en algunos aspectos, tiene una esencia muy fundamental, que es lo que a mí me gusta; abre muchas puertas, es una herramienta, una herramienta como podía ser el premio que recibió Cajal y Golgi por la atención y que abrió camino a un montón de investigaciones en neurohistologías súper interesantes, o por ejemplo lo que comentábamos del CLAMP de poder estimular una neurona específica que hemos conseguido unir con una pipeta de vidrio. Así que no es nada nuevo, ya lo conocíamos; ha dado investigaciones interesantes y dará más en el futuro, pero creo que es un premio muy merecido. No sé qué opináis vosotros. Sí, este es un premio que se puso sobre todo a Deiseroff, al más joven, que tiene 54 años; los otros tienen bastante más años: 73, 74, 71, perdón, 73 y 71. Cuando ocurrió eso de la retinosis pigmentaria en el 2021, fue un momento que dijo: esta técnica que estaba revolucionando la neurociencia, la neurociencia ya había recibido muchos premios; de repente tiene una aplicación clínica y salta a la luz Disseroff, candidato al premio Nobel, ¿no? Y ya se acompañaba a Disseroff con diferentes individuos y bueno, aquí se le ha acabado con, digamos, los precursores en lugar de con la gente que en paralelo desarrolló la optogenética. Diría que además se suma también un repunte que hubo de este tipo de técnicas mediáticamente en 2016-2017. Aquí en España, por ejemplo, lo vivimos a raíz del premio Fronteras de Conocimiento, que también lo recibió el de la Fundación BBVA en esa época. Y fue precisamente a Deiseroth; no recuerdo si estaban los otros dos también, pero mínimo Deiseroth lo ganó, ahora lo buscaré. Entonces empezamos a escuchar mucho más sobre estas técnicas, muchos laboratorios las implementaron y una de las cosas que se comenta a raíz del premio es que lo que se está premiando es una tecnología que no es excepcional en el mejor de los sentidos; ya ha llegado a prácticamente todos los laboratorios con cierto nivel en el ámbito de la neurociencia, hasta ese punto es relevante, se ha vuelto básica en el sentido más interesante de la palabra. Sí. El premio BBVA de 2016 fue para Deyseroff, su primer coautor del artículo famoso, Boyden, que es uno de su grupo, y Miezenbach. Justo lo estoy viendo. Era un premio básicamente a la autogenética, no incluía la fisiología debajo de la autogenética asociada a…
Ignacio Crespo explica cómo funciona un canal iónico activado por luz en el proceso de optogenética, detallando la despolarización neuronal que se produce al abrirse dicho canal.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #7 · Palabras #18optogenética activar desactivar zonas cerebralesinterruptor zonas concretas del cerebroignacio crespo investigación optogenéticaoptogenética canal iónico activadodespolarización neuronal por luz azulproteína canal tridimensional neuronapotencial de acción optogenética fisiológicaproteína expresada por virus optogenéticaenzimas de restricción vector viralmaterial genético episomal neuronas destinoignacio crespo explica técnica viraloptogenética proteínas no heredablesproteínas expresadas membrana no se reproducentransductores biológicos como la retinaretina y cóclea transductores de energíaoptogenética para recuperar zonas dañadasaplicaciones de optogenética parkinson epilepsiaignacio crespo tecnología optogenética…para poder llegar a conseguir cuál es la proteína que nos interesa para luego poder secuenciarla y finalmente llegar a este médico, neurocientífico, bioingeniero, psiquiatra, bueno, espectacular para 54 años que tiene, aunque está en su prime, lo sabemos. y básicamente que te englobe, hacer que esto que hemos descubierto realmente lo podamos aplicar y ¿para qué? Pues para hacer ese interruptor del que estamos hablando de determinadas zonas concretas del cerebro. Ya no es simplemente voy a ver en esta parte del cerebro cómo funciona, ya voy a ver si te activo aquí funciona y si te apago aquí qué pasa; esto es otro nivel completamente diferente, clarísimo y súper interesante y luego también quería decir que no sé si por ejemplo a la hora de comprenderlo que se abre un Canal iónico que se activa: esa proteína con luz significa que básicamente cuando nosotros hacemos incidir en esa proteína luz azul, porque tiene que ser de una longitud de onda determinada, se produce una activación de esa proteína de tal manera que se abre ese canal; porque realmente a nivel tridimensional se genera un canal. A nivel de neurona se produce la despolarización porque cuando está cerrado el canal tenemos la parte dentro del citoplasma de la neurona negativa y la parte exterior positiva al abrir ese canal, se despolariza y se genera el potencial de acción, con lo cual esa es la manera fisiológica en la que conseguimos a través de la luz y a través de esta optogenética conseguir esa despolarización. También, pues señalar que esta proteína se expresa a través del virus, como muy bien ha dicho Ignacio, y que es una técnica que ya se conocía; que no se necesita CRISPR para todo, se puede utilizar enzimas de restricción para poder añadir esta secuencia a este virus que me haría de vector para poder infectar, infectar entre comillas con nuestro código genético las neuronas destino y luego, pues, que se quedaría en un nivel episomal, es decir, no estaría formando parte de los cromosomas de la célula; que eso también es importante porque parece que cada vez que infectamos con un virus una célula, pues vamos a provocar que haya un cambio a nivel genético y no siempre es así. En este caso no se produce eso, simplemente hay un mecanismo por el cual se llega a expresar esas proteínas a nivel de membrana pero no se reproduce a la descendencia; esto no se hereda. Y esto también es importante porque podría descontrolarse un poco, entonces es un experimento bastante controlado y con muchísimas aplicaciones. De hecho, recordar que en nuestro cuerpo hay muchísimos receptores que son transductores biológicos, como entre ellos está la retina y la cóclea; que al final un transductor no deja de ser un elemento que te va a transformar una energía pues ya sea de sonido o de luz en Otra una energía en otra y en ese nivel podemos introducir esta tecnología para poder recuperar quizás a través de esta tecnología, como digo, estas zonas que pueden tener esta peculiaridad. Incluso llegar, si he escuchado que se quiere investigar, la idea es que se llegue a investigar en campos como para el Parkinson o para la epilepsia incluso. Entonces puede tener bastantes aplicaciones. Y mirando esto y con otra cosa que dijo Ignacio, que es que me he topado con una palabra preciosa y la tengo que sacar, que es que cuando tú activas el cerebro y determinados grupos de neuronas también puedes activar poblaciones enteras de neuronas y una…
Se discute sobre la relación entre la ansiedad y la frecuencia cardíaca, utilizando optogenética para modificar genéticamente tejidos del corazón y controlar la frecuencia cardíaca.
Palabras #19optogenética y frecuencia cardíacaansiedad y pulsaciones elevadastejidos del corazón modificados genéticamenteconductas de ansiedad animal…así que creo que no hay ningún paper que los reúna a todos y respecto a esto último que decía Luisa, de los usos y como de amplios pueden ser, Teiserob tiene un paper en el cual busca cuál es la dirección causal entre la frecuencia cardíaca y la ansiedad. O sea, ¿es la ansiedad la que eleva las pulsaciones o son las pulsaciones elevadas las que nos generan la sensación de ansiedad y lo hace con optogenética? en este caso lo que se modifica genéticamente son tejidos del corazón para que la luz haga que se activen más puedas controlar la frecuencia cardíaca sin que tenga que ver con poner al individuo que estás estudiando al animal hacer ejercicio o darle ninguna sustancia directamente esto y lo que ven es que aumentan las conductas de ansiedad lo cual no significa que solamente tenga esa dirección causal claramente cuando nos sentimos ansiosos también nos ponemos nerviosos posiblemente es en las dos direcciones Pero habla de una retroalimentación muy interesante De hecho también precisamente de esto que tú estás hablando en este sentido También se habla de que, aunque te sientas triste, pues si sonríes y tienes una actitud positiva, también es en los dos sentidos. No necesitas sentirte triste para estar triste, sino que, aunque no estés alegre, si te ríes, también puedes causar ese efecto…
Héctor Socas explica las dificultades para conectar el nervio óptico a un chip y presenta la optogenética como una alternativa interesante.
Habla: Héctor SocasSignificado #3optogenética alternativa al chipneuronas motoras capa cerebralproteína boyden en neuronasvirus modifica genoma neuronal…de que realmente cada una de sus neuronas, porque están muy pegadas algunas que son motoras y algunas que son sensitivas, por ejemplo, nervios que recorren nuestro cuerpo, pues que cada una de ellas esté conectada con lo que tenemos. Eso es lo que es difícil. Podemos introducir a través de la membrana electrodos muy finos, pero esto daña las neuronas; eso sería el primer problema, y segundo, es un trabajo enormemente complejo tener que hacerlo una a una. Por eso es tan interesante lo que se plantea con la optogenética, optogenómica. La opción de buscar qué tienen en común las neuronas motoras de una capa del cerebro, qué gen expresan en común para ver acá dónde acaban y por lo tanto pintarlas todas juntas a la vez, por decirlo así. Hacer que todas ellas expresen la proteína; ese “pintarlas todas juntas a la vez”, básicamente, Ignacio, viene a ser meter un virus que puede modificar el genoma de esas neuronas en concreto, que sea capaz de reconocerlas, hacer la modificación de tal manera que le introduzca el gen para que fabrique la proteína necesaria para ser sensible a la luz; ese es más o menos el procedimiento. Sí, pero no. Porque como decía antes Luisa, no se integran los cromosomas. Eso es importante. Pero sí, efectivamente, es que el virus sea el encargado de hacer esa adición genética en las células que a ti te interesa, porque son para las que tienen receptores. Y que luego…
Héctor Socas plantea que conectar un chip para simular neuronas del nervio óptico no resolvería el problema de la resolución de imagen, ya que seguiríamos teniendo limitaciones similares a las impuestas por los conos y bastones en la retina.
Significado #18neuronas nervio óptico chipdiscretización imagen conos bastonesresolución imagen limitaciones retinapíxeles calidad óptica…puedes implantar directamente al córtex y aprender, entre comillas, a procesar una información nueva que te llega de otra manera y aprender a ver de alguna forma. No sé si estamos cableados para poder ver... la limitación igual es a escala de córtex y es a esa altura luego otro de los temas es imaginemos que podemos conectar un chip como el que comentaba las neuronas del nervio óptico son las que son o sea si el problema era el número en esa discretización que hacemos de la imagen por el número de conos y bastones que puede haber en la retina no estamos resolviendo nada seguimos teniendo el mismo número de píxeles por decirlo así que conectaríamos con lo que sea Volvería a perder calidad, a priori, lo que digo es que si queremos resolver ese problema no es trivial cómo hacerlo Yo creo que no hay un planteamiento Una pregunta que yo no sé si se ha planteado mucho, desde luego no la he visto en ningún momento Pero está bien muestreado, si pensamos en términos de elementos ópticos del ojo y de píxeles entre comillas con nuestros fotorreceptores en la retina. ¿Está muestreado adecuadamente? ¿Está sobremuestreado? ¿Está, quiero decir, lo que limita la calidad de imagen es la óptica o es el número, la densidad de fotorreceptores que tenemos? No lo sé, la verdad.…