optogenètica

, 
f
Genètica
Biologia
Bioquímica
Fisiologia

Tècnica de la biotecnologia que combina mètodes òptics i d’enginyeria genètica per observar i, especialment, controlar mitjançant la llum l’activitat de cèl·lules modificades genèticament perquè expressin proteïnes fotosensibles.

Desenvolupada principalment en el camp de la neurociència, l’optogenètica permet actuar amb una gran precisió espacial i temporal sobre tipus cel·lulars definits genèticament, especialment neurones, i estudiar-ne la funció en organismes vius. Es basa en la introducció en aquestes cèl·lules de gens que codifiquen proteïnes sensibles a la llum, principalment opsines microbianes. Entre les més utilitzades hi ha les canalrodopsines, que actuen com a canals iònics activats per la llum. Quan són irradiades amb llum d’una determinada longitud d’ona, poden modificar en pocs mil·lisegons el flux d’ions a través de la membrana cel·lular i, consegüentment, activar o inhibir l’activitat elèctrica de les cèl·lules seleccionades.

Els fonaments de l’optogenètica deriven de l’estudi de proteïnes fotosensibles de microorganismes. El 2002 Peter Hegemann, Georg Nagel i els seus col·laboradors identificaren funcionalment la canalrodopsina 1 (channelrhodopsin-1, ChR1) de l’alga verda Chlamydomonas reinhardtii, i l’any següent caracteritzaren la canalrodopsina 2 (ChR2) i demostraren que podia despolaritzar cèl·lules de mamífer mitjançant la llum. El 2005 diversos grups demostraren l’aplicabilitat de la ChR2 al control de l’activitat neuronal; entre aquests treballs fou especialment determinant el desenvolupat al laboratori de Karl Deisseroth a la Universitat de Stanford. Aquesta data és considerada habitualment una fita en el naixement de l’optogenètica moderna aplicada a la neurociència. El 2026 Deisseroth, Hegemann i Nagel foren guardonats amb el premi Nobel de fisiologia o medicina pels seus descobriments en aquest àmbit, fonamentals per al desenvolupament de l’optogenètica.

La combinació de marcadors genètics i sistemes òptics permet seleccionar poblacions neuronals concretes i estudiar la relació entre la seva activitat i determinades funcions fisiològiques o conductes. Això ha permès estudiar amb gran precisió els circuits neuronals relacionats, entre d’altres, amb la percepció, el moviment, la memòria, el son, la por, els mecanismes de recompensa i el dolor.

L’optogenètica ha esdevingut una eina fonamental de la neurociència experimental i posteriorment se n’ha estès l’aplicació a altres camps de la biologia cel·lular. També s’investiga la possibilitat d’utilitzar-ne els principis amb finalitats terapèutiques, entre altres àmbits en la restauració de determinades funcions visuals, el control del dolor i la medicina regenerativa, si bé aquestes aplicacions presenten dificultats tècniques i de seguretat i tenen un grau de desenvolupament diferent de l’ús de l’optogenètica com a eina experimental.