MONTEVIDEO (Infoesfera) – Comprender cómo el cerebro forma recuerdos, sentimientos y comportamientos ha sido durante mucho tiempo un anhelo de los investigadores. Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel han sido galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2026 por sus descubrimientos que condujeron a la optogenética, la cual permite activar o desactivar la actividad de células nerviosas individuales en un cerebro vivo.
El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2026 se otorga por la optogenética, un método que permite demostrar cómo las células nerviosas influyen en la memoria, las emociones y el comportamiento en el cerebro vivo. Peter Hegemann y Georg Nagel descubrieron una proteína extraordinaria, la canalrodopsina, en un alga unicelular. Karl Deisseroth transformó esta proteína en un interruptor activado por luz para las células nerviosas. Los galardonados han sentado las bases de una nueva era en la neurociencia.
Durante mucho tiempo, el funcionamiento del cerebro como motor de las emociones, los comportamientos y las funciones corporales ha sido un misterio. En el siglo XX, los investigadores comenzaron a estudiar qué áreas del cerebro influyen en qué funciones, pero los métodos empleados les impedían demostrar relaciones causales. La imagen que se formaron del cerebro era como un mapa conceptual, lleno de interrogantes e incógnitas. Ahora, todo esto está cambiando.
"La optogenética ofrece oportunidades para mapear el cerebro de una manera que antes solo podíamos soñar", afirma Per Svenningsson, presidente del Comité Nobel de Fisiología o Medicina.
Todo comenzó con la curiosidad de Peter Hegemann. Se preguntaba cómo Chlamydomonas, un alga unicelular, era capaz de nadar hacia una fuente de luz. A principios de la década de 2000, él y Georg Nagel descubrieron la canalrodopsina, una proteína de algas con propiedades únicas, que se encuentra en la superficie de la célula. Cuando se ilumina con luz azul, se abre un canal a través de la proteína. Los iones cargados fluyen entonces hacia el interior de la célula, creando un impulso eléctrico. Descubrieron que, independientemente de la célula en la que introdujeran la proteína, estas se volvían sensibles a la luz.
Karl Deisseroth introdujo el gen de la rodopsina de canal en células nerviosas de ratas. Al iluminar las células con luz azul, logró activar una señal nerviosa. Publicó este descubrimiento en 2005. Dos años después, consiguió que este mecanismo de activación de las células nerviosas mediante luz funcionara en el cerebro de ratones vivos.
Este método para controlar las señales nerviosas mediante la luz se denomina ahora optogenética y ha alcanzado rápidamente un gran impacto a nivel mundial. Gracias a la optogenética, los investigadores han podido descubrir circuitos neuronales que rigen recuerdos, sentimientos y comportamientos específicos relevantes para trastornos neurológicos y psiquiátricos. En medicina clínica, los investigadores están utilizando este método para intentar restaurar la visión en personas con discapacidad visual.
La optogenética ha transformado radicalmente nuestra comprensión del cerebro. Cada día surgen nuevos descubrimientos que ayudan a resolver uno de los grandes misterios de la humanidad: cómo funciona nuestro increíble cerebro.
Los galardonados 2026
Karl Deisseroth
Nacido en 1971. Doctor en Filosofía (Ph.D.) en 1998 y Doctor en Medicina (MD) en 2000 por la Universidad de Stanford, EE. UU. Profesor DH Chen, Profesor de Bioingeniería y de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento en el Instituto Médico Howard Hughes y la Universidad de Stanford, EE. UU.
Peter Hegemann
Nacido en 1954. Doctor en 1984 por el Instituto Max Planck de Bioquímica, Martinsried, Alemania. Profesor titular Hertie de Neurociencia, Universidad Humboldt de Berlín, Alemania. Los descubrimientos premiados se realizaron en el Instituto Max Planck de Bioquímica, Martinsried, Alemania.
Georg Nagel
Nacido en 1953. Doctor en 1988 por la Universidad de Frankfurt, Alemania. Profesor de Fisiología Molecular Vegetal en el Departamento de Fisiología Molecular Vegetal y Biofísica - Botánica I, Universidad de Würzburg, Alemania. Los descubrimientos premiados se realizaron en el Instituto Max Planck de Biofísica, Frankfurt, Alemania.
Una proteína de algas fotosensible impulsó la neurociencia
"Para mí, mi propio cerebro es la maquinaria más inexplicable: siempre zumbando, vibrando, elevándose, rugiendo, sumergiéndose y luego enterrado en el lodo. ¿Y por qué? ¿A qué se debe esta pasión?"
Estas son las palabras de Virginia Woolf en una carta a una amiga en 1932. Mucha gente comparte su fascinación por el cerebro. ¿Cómo puede este órgano, que apenas pesa 1,3 kilogramos, albergar recuerdos de la infancia, ensoñaciones y creatividad? ¿Cómo puede ser la causa de la alegría, el amor y los celos? ¿Cómo controla el ritmo cardíaco, la respiración y el ciclo del sueño?
Desde la antigüedad, los investigadores han intentado comprender este misterio biológico. En el siglo XX, lograron identificar qué regiones del cerebro controlan diversas funciones fisiológicas. Esto proporcionó un conocimiento invaluable, pero los métodos disponibles en aquel entonces eran relativamente imprecisos y no podían demostrar que un tipo específico de célula nerviosa causara directamente una determinada sensación o comportamiento. La imagen del cerebro que surgió, por lo tanto, era como una fotografía borrosa, carente de muchos detalles.
Figura 1. Los científicos soñaban con utilizar un interruptor para las células nerviosas. © Comité Nobel de Fisiología o Medicina. Ilustración: Mattias Karlén
Uno de los que soñaban con herramientas más precisas para explorar la excepcionalmente compleja red de células nerviosas del cerebro fue Francis Crick (Premio Nobel 1962). Unas décadas después del revolucionario descubrimiento de la doble hélice del ADN en 1953, comenzó a investigar los mecanismos que subyacen a la conciencia humana. Imaginó formas de activar células nerviosas individuales en un cerebro vivo. Las señales en las células nerviosas son extremadamente rápidas. Para igualar esta velocidad, concluyó que probablemente lo ideal sería usar luz. Si los biólogos moleculares pudieran manipular las células nerviosas y lograr que reaccionaran a la luz, podrían controlar la actividad neuronal (Figura 1). Crick admitió que su idea parecía descabellada, pero tal vez no imposible de lograr.
Su visión del futuro se ha convertido en realidad. Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel reciben el Premio Nobel 2026 por su descubrimiento de un interruptor molecular para las células nerviosas. Mediante la luz, los investigadores ahora pueden activar o desactivar circuitos neuronales individuales en el cerebro. Pueden revivir recuerdos, generar emociones, influir en comportamientos y estudiar los tipos de neuronas implicadas en diversos trastornos psiquiátricos y neurológicos. La optogenética está transformando radicalmente nuestra comprensión del cerebro. También ha aportado información valiosa sobre cómo el sistema nervioso interactúa con diversas células en otras áreas del cuerpo, como el corazón y el intestino.
Todo comenzó con la curiosidad de un investigador. A principios de la década de 1990, Peter Hegemann, del Instituto Max Planck de Bioquímica en Martinsried, se hizo una pregunta sencilla: ¿Cómo puede el alga unicelular Chlamydomonas reaccionar tan rápidamente a la luz?
Hegemann investiga cómo un alga nadadora detecta la luz
La Chlamydomonas es famosa por su capacidad de nadar hacia la luz. Cuando los investigadores revuelven esta alga verde en una placa de Petri, el líquido adquiere un tenue color verde. Si luego iluminan un lado de la placa, el color verde se desplaza hacia la fuente de luz, ya que las algas microscópicas nadan hacia ella (Figura 2). Las algas detectan la luz mediante un ocelo, un pequeño punto naranja en la superficie celular que contiene una molécula captadora de luz, el retinal.
Figura 2. El alga Chlamydomonas detecta la luz mediante su mancha ocular. Cuando la luz es suficientemente intensa, nada hacia la fuente. © Comité Nobel de Fisiología o Medicina. Ilustración: Mattias Karlén
Hegemann investigó la mancha ocular de las algas. Utilizando minúsculos electrodos, midió las señales eléctricas que se generaban en Chlamydomonas al iluminar dicha mancha. Las algas reaccionaron con una rapidez asombrosa. Tan solo medio milisegundo después de que la luz alcanzara la mancha ocular, se producía un impulso eléctrico.
En comparación con otros sistemas biológicos conocidos por los investigadores en aquel entonces, este era extraordinariamente rápido. Por ejemplo, la luz que llega al ojo humano desencadena una compleja reacción química en cadena que involucra muchos pasos diferentes. La proteína final de esta cadena -un canal iónico- forma una abertura en la superficie celular a través de la cual pueden fluir iones cargados, creando una señal eléctrica. Todo el proceso dura al menos 10 milisegundos. Entonces, ¿cómo es posible que la respuesta a la luz sea más de veinte veces más rápida en Chlamydomonas que en nuestros propios ojos?
La rápida reacción a la luz en las algas despierta la curiosidad de Hegemann
Hegemann solo pudo encontrar una explicación para esta respuesta ultrarrápida: el proceso debía ser mucho más sencillo en Chlamydomonas que en el ojo humano. A principios de la década de 1990, formuló la hipótesis de que un único complejo proteico captaba la luz y actuaba como canal iónico. Sin embargo, su propuesta fue recibida con escepticismo. En aquel entonces, los investigadores conocían muchos tipos diferentes de canales iónicos, pero ninguno de ellos podía reaccionar a la luz por sí solo.
Para poner a prueba su hipótesis, Hegemann intentó aislar la proteína fotosensible de Chlamydomonas . Sin embargo, esto resultó ser más difícil de lo que parecía. Al extraer las proteínas de la mancha ocular de las algas de su entorno natural, se volvían inestables y se dañaban con facilidad, lo que dificultaba su estudio. No obstante, a principios del nuevo milenio, tras años de contratiempos, el grupo de investigación realizó un hallazgo fascinante. Investigadores japoneses habían secuenciado el ADN de Chlamydomonas y puesto a disposición el código genético de miles de genes. Entre ellos, el grupo de Hegemann encontró dos genes con similitudes significativas con genes conocidos de proteínas fotosensibles. ¿Podría alguno de ellos contener el código de la proteína que buscaban?
Para responder a esta pregunta, Hegemann contactó con un colega: Georg Nagel, del Instituto Max Planck de Biofísica en Fráncfort. Él poseía los conocimientos necesarios para dar el siguiente paso decisivo hacia lo que revolucionaría la neurociencia.
Hegemann y Nagel descubren una proteína extraordinaria
Nagel utilizó óvulos de rana para estudiar las proteínas. Tras obtener los dos genes de Chlamydomonas, inyectó copias de estos, por separado, en diferentes lotes de óvulos de rana, que comenzaron a producir en masa las dos proteínas desconocidas (Figura 3). Las proteínas se ubicaron en la superficie de los óvulos, en la membrana circundante. Nagel pudo entonces investigar su funcionamiento y pronto descubrió que la hipótesis formulada por Hegemann una década antes era correcta: las proteínas recién descubiertas eran canales iónicos que se abrían al exponerse a la luz (Figura 3).
Estas proteínas recibieron los nombres de canalrodopsina-1 y canalrodopsina-2. Dejaremos de lado la primera y nos centraremos en la segunda, que allanó el camino a la optogenética.
Figura 3. Cuando Nagel y Hegemann introdujeron los genes de Chlamydomonas en huevos de rana, estos comenzaron a producir proteínas de canales iónicos que terminaron en la superficie de los huevos. Cuando los investigadores iluminaron los canales iónicos, estos se abrieron. Los iones fluyeron entonces a través de los canales, creando una señal eléctrica. © Comité Nobel de Fisiología o Medicina. Ilustración: Mattias Karlén
La proteína de las algas activa las células humanas
Al igual que en el experimento de Hegemann, la caracterización de la canalrodopsina-2 realizada por Nagel demostró que reaccionaba de forma excepcionalmente fuerte y rápida a un pulso de luz. Se abrió un canal a través de la superficie del óvulo de rana en 0,2 milisegundos. Posteriormente, iones con carga positiva fluyeron a través del canal, generando una señal eléctrica (Figura 3).
Hegemann y Nagel se dieron cuenta de que habían hecho un descubrimiento revolucionario. Probaron a introducir el gen de la canalrodopsina-2 en células renales humanas embrionarias y en células renales de hámsteres. Las células se volvieron sensibles a la luz: al exponerse a ella, producían una señal eléctrica.
En 2003, Hegemann y Nagel publicaron los resultados de su experimento. Propusieron que la canalrodopsina-2 podría utilizarse como una herramienta poderosa para generar impulsos eléctricos en las células mediante la luz. Posteriormente, un joven científico de la Universidad de Stanford retomó la investigación.
Para Deisseroth, conocer a pacientes psiquiátricos fue decisivo
En la década de 1990, cuando Karl Deisseroth comenzó a estudiar medicina, consideraba la posibilidad de especializarse en neurocirugía, pero parte de su formación la realizó en una clínica psiquiátrica. Allí, le impactó profundamente el sufrimiento de los pacientes y su necesidad de ayuda. Al mismo tiempo, empezó a preguntarse cómo es posible que el cerebro funcione de forma tan diferente en cada persona. ¿Por qué a las personas con depresión les resulta tan difícil sentir alegría? ¿Qué causa el autismo o los delirios esquizofrénicos?
Paralelamente a sus estudios de medicina, obtuvo un doctorado en neurociencia. En el laboratorio, utilizó finas secciones de cerebro y las examinó en placas de Petri. Su investigación aportó importantes conocimientos, pero se dio cuenta de que, para comprender las enfermedades que encontraba en la clínica, necesitaba estudiar cómo funcionan las células nerviosas en un cerebro vivo.
Otros investigadores intentaban desarrollar métodos que permitieran controlar la actividad de células nerviosas específicas, tal como lo había propuesto Francis Crick. Sin embargo, a muchos les preocupaba malgastar tiempo y dinero en algo que parecía una utopía. Deisseroth comprendió que debía asumir el riesgo de fracasar; los tratamientos que podía ofrecer a sus pacientes rara vez eran efectivos y a menudo producían efectos secundarios debilitantes. Para encontrar una mejor manera de ayudarlos, necesitaba una comprensión más profunda del cerebro.
¡Éxito! Trasladando proteína de algas a las células nerviosas
Cuando Deisseroth fundó su propio grupo de investigación, comenzaron a buscar una proteína que pudieran usar para generar impulsos eléctricos en las células nerviosas. Probaron numerosos candidatos y, cuando Deisseroth se enteró del descubrimiento de la canalrodopsina-2, le escribió a Georg Nagel preguntándole si podía tener acceso al ADN que codificaba la proteína.
Cuando el ADN llegó al laboratorio de Deisseroth, lo introdujo en células nerviosas de rata cultivadas en placas de Petri. Le preocupaba que las sensibles células nerviosas se vieran afectadas negativamente por el gen extraño, pero comenzaron a producir canalrodopsina-2 sin problemas aparentes. Cuando el grupo de investigación expuso las células nerviosas a luz azul, estas reaccionaron de inmediato. La luz provocó una señal nerviosa que pudo propagarse a otras células nerviosas.
En 2005, el grupo de investigación de Deisseroth publicó su descubrimiento. Habían alcanzado un hito decisivo, aunque Deisseroth comprendía que le quedaba un largo camino por recorrer antes de lograr su objetivo: la capacidad de controlar la actividad de las células nerviosas en animales vivos.
Figura 4. 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 pudieron desencadenar una señal nerviosa rápida. © Comité Nobel de Fisiología o Medicina. Ilustración: Mattias Karlén
Control optogenético de las células nerviosas en un cerebro vivo
Karl Deisseroth inició entonces numerosas colaboraciones, entre ellas con Peter Hegemann y Georg Nagel. También compartió su descubrimiento con otros investigadores que comprendieron su enorme potencial. Con el laboratorio de Deisseroth a la vanguardia, los investigadores pronto encontraron más proteínas capaces de activar y desactivar células nerviosas, y que se activan mediante diferentes longitudes de onda de luz.
En 2006, este nuevo método recibió el nombre de optogenética. Un año después, Deisseroth logró activar con éxito células nerviosas en el cerebro de ratones vivos (Figura 5). Su grupo de investigación introdujo el gen de la canalrodopsina-2 en un tipo específico de célula nerviosa en la corteza motora, la zona del cerebro que controla el movimiento. A continuación, iluminaron las células nerviosas con una fina fibra óptica que introdujeron en el cerebro a través de un pequeño orificio en el cráneo. Esto les permitió controlar los movimientos de los bigotes del ratón.
Figura 5. El grupo de investigación de Deisseroth introdujo el gen de la canalrodopsina-2 en el cerebro de ratones vivos. A continuación, insertaron una fina fibra óptica en el cerebro. Al iluminar las células nerviosas a través de la fibra óptica, se desencadenó una señal nerviosa que provocó el movimiento de los bigotes. © Comité Nobel de Fisiología o Medicina. Ilustración: Mattias Karlén
Ese mismo año, en colaboración con otros investigadores, Deisseroth utilizó la optogenética para despertar ratones dormidos de forma controlada. El grupo de investigación introdujo la canalrodopsina-2 en un tipo de célula nerviosa recientemente descubierto que, según sospechaban, controlaba el estado de vigilia. Al iluminar las células nerviosas, los ratones despertaron, confirmando así la hipótesis.
Otro trabajo célebre de los inicios de la optogenética se publicó en 2012. Junto con Susumu Tonegawa (Premio Nobel de Inmunología de 1987), Deisseroth logró activar un engrama, el patrón específico de vías neuronales que se forma al crearse un recuerdo. Los investigadores estudiaron el cerebro de ratones mientras experimentaban miedo y observaron qué células nerviosas parecían formar el recuerdo de la experiencia. Al reactivar posteriormente estas células nerviosas, los ratones mostraron signos de miedo, a pesar de no estar en peligro en ese momento. Este fue el primer experimento en el que los investigadores pudieron demostrar con exactitud qué células nerviosas son necesarias para un recuerdo específico.
Una nueva era en la neurociencia
La capacidad de activar tipos específicos de células nerviosas en el cerebro ha transformado radicalmente nuestra comprensión de este increíble órgano. Un cerebro humano adulto posee alrededor de 90 mil millones de células nerviosas, cada una de las cuales establece miles de conexiones con otras. En muchos casos, la vía neuronal de una célula se extiende hasta una zona completamente distinta del cerebro, mientras que las células nerviosas que regulan funciones físicas totalmente diferentes pueden estar estrechamente interconectadas.
Gracias a la optogenética, los investigadores ahora pueden descubrir con precisión qué células nerviosas de un complejo haz controlan las distintas funciones cerebrales. Por ejemplo, han identificado circuitos neuronales que regulan la sensación de dolor, los comportamientos sociales, la sed, el consumo de alimentos, la recompensa y la atención. También han encontrado células nerviosas responsables de diversas funciones, desde el control del ritmo circadiano hasta la aparición de fiebre cuando se activa el sistema inmunitario.
Cuando los investigadores estudiaron comportamientos más complejos, como la forma en que los ratones cuidan a sus crías, descubrieron que los distintos componentes de un comportamiento pueden ser controlados por circuitos neuronales independientes. Un circuito rige, por ejemplo, cómo los ratones reúnen a sus crías en un nido, y otro regula la forma en que las acicalan.
La optogenética también puede utilizarse para mapear el sistema nervioso y las funciones celulares fuera del cerebro. Deisseroth ha demostrado que el ritmo cardíaco puede afectar nuestras emociones; si el corazón se ve obligado a trabajar más, esto puede intensificar la ansiedad. Otros investigadores han identificado células específicas en el intestino que pueden explicar por qué algunas personas prefieren el azúcar a los edulcorantes, por mencionar solo algunos ejemplos.
Esperanza de nuevos tratamientos médicos
La esperanza de que el conocimiento generado mediante la optogenética conduzca a nuevos tratamientos médicos comienza a materializarse. Este método ha permitido comprender mejor las características distintivas de trastornos psiquiátricos y neurológicos como la depresión, la ansiedad, la esquizofrenia, la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson.
Los investigadores también han dado los primeros pasos hacia el uso de la optogenética como tratamiento médico. En ensayos clínicos en curso, intentan restaurar la visión en personas que han quedado ciegas debido a la retinosis pigmentaria, una enfermedad que destruye los conos y bastones del ojo. Al insertar una proteína similar a la canalrodopsina en la retina de una persona ciega, esta recuperó parte de la visión. Usando gafas especiales que emiten luz, la persona pudo distinguir y agarrar objetos sobre una mesa.
También se espera que la optogenética mejore los implantes cocleares. Actualmente, estos implantes estimulan el nervio auditivo mediante electricidad. Si fuera posible utilizar la optogenética, el implante podría activar el nervio auditivo con mayor precisión.
Fuente: Nobel Prize Organization
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