Nicoletta Liguori: “La ERC Starting Grant es una gran oportunidad para abordar las preguntas más ambiciosas a nivel fundamental”

¿Cómo hacen las plantas para llevar a cabo la fotosíntesis de forma segura y prevenir el daño por luz solar cuando esta se vuelve repentinamente demasiado intensa? Esta cuestión fundamental sigue siendo difícil de responder, pero Nicoletta Liguori está decidida a implementar nuevas herramientas para lograrlo. Tras completar su doctorado en la VU de Ámsterdam (Países Bajos) y establecer una línea de investigación independiente en el LaserLab de la universidad apoyada por una beca nacional competitiva, Nicoletta trasladó su experiencia en espectroscopía ultrarrápida y dinámica molecular aplicada a la fotosíntesis a ICFO, donde actualmente dirige su propio grupo como Investigadora Principal. Desde finales de 2022, su equipo ha estado ampliando constantemente las fronteras de estos métodos para comprender mejor cómo funcionan las proteínas fotosensoras y, en particular, cómo los organismos fotosintéticos regulan la captación de luz.

Nicoletta ha recibido ahora una Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés), una de las oportunidades de financiación más competitivas y respetadas de Europa para investigadores excepcionales en etapa inicial. La beca respalda un proyecto de ciencia fundamental a cinco años, otorgando a los galardonados la libertad de perseguir investigaciones de alto riesgo y alto impacto de su elección. Esto marca un punto de inflexión importante para Nicoletta y su grupo, quienes esperan que dicha financiación les ayude a capturar en tiempo real los cambios moleculares que tienen lugar dentro de la hoja.

En esta entrevista, Nicoletta Liguori nos relata el camino que la llevó hacia la biofísica fundamental y cómo logró finalmente ganar esta beca.

La ERC Starting Grant marca el inicio de MARIONETTE. ¿Puedes resumir la idea del proyecto?

Con MARIONETTE implementaremos e integraremos en fotosíntesis nuevos enfoques de espectroscopía avanzada y simulaciones de dinámica molecular. Estos enfoques nos permitirán modificar la estructura y el entorno a escala molecular de las proteínas fotosintéticas, y además nos permitirán sondear el efecto de estos cambios en la función que desempeñan con un nivel de detalle sin precedentes, tanto en resolución temporal como estructural. Esto nos permitirá comprender cómo es posible que, ajustando el microentorno y modificando la conformación de proteínas fotosintéticas individuales, las plantas puedan realizar la fotosíntesis de manera segura bajo el sol sin sufrir ningún daño.

¿Cuáles son las incógnitas en el proceso fotosintético que te llevaron a elegir este tema específico?

Tras muchos años de trabajo de varios grupos, hoy en día por fin entendemos cuáles son los actores clave en la activación y desactivación de la fotoprotección en las plantas. Conocemos muchas de las proteínas y cofactores implicados. Sabemos qué cambios en el microentorno de la membrana fotosintética son responsables de activar y desactivar la fotoprotección. Sin embargo, todos estos procesos ocurren a nivel molecular, en el nivel de proteínas individuales, e involucran cambios en la dinámica de estados excitados de los pigmentos, que se caracterizan por ocurrir en escalas de tiempo ultrarrápidas. Esto significa que, en realidad, hay toda una enorme jerarquía de escalas temporales involucradas.

Esa jerarquía, junto con la resolución ultrarrápida necesaria para estudiar las energías de las proteínas fotosintéticas y la resolución (sub)nanométrica requerida para estudiar sus cambios conformacionales, representan un desafío enorme a la hora de comprender cómo se activa la fotoprotección en las plantas. Por eso aún existen muchas incógnitas, como cuáles son los mecanismos moleculares que desencadenan la fotoprotección, qué dominios proteicos están implicados, o qué ocurre en el entorno de las proteínas fotosintéticas después de un cambio en la intensidad de la luz solar.

Por tanto, necesitamos técnicas que nos permitan seguir en tiempo real estos cambios moleculares, ambientales y estructurales con la resolución temporal más alta posible, así como herramientas capaces de simularlos. Esto es lo que queremos aportar al campo: una combinación de enfoques novedosos que nos permitan estudiar detalles tan pequeños y ultrarrápidos a través de una amplia jerarquía de escalas temporales, para finalmente reconstruir paso a paso y en tiempo real la activación de la fotoprotección. Desde una perspectiva más general, queremos comprender cómo la función de las proteínas fotosensoras se ajusta en la naturaleza mediante cambios en el entorno y la estructura.

Has estado liderando un grupo en ICFO llamado “Photon Harvesting in Plants and Biomolecules” durante dos años y medio. Basándome en ese título, diría que MARIONETTE está muy alineado con la investigación que desarrolláis allí. ¿Es realmente así, y en qué sentido?

Absolutamente. Estudiar cómo los organismos fotosintéticos pueden regular la captación de luz y, de manera aún más general, cómo las proteínas fotosensoras activan y regulan su función en diferentes procesos biológicos a nivel molecular, es el foco de nuestro grupo.

Lo que MARIONETTE y la ERC nos van a permitir es desarrollar e implementar nuevas herramientas para estudiar esto. MARIONETTE será una combinación de tres enfoques distintos, todos ellos nuevos en fotosíntesis. Por ejemplo, será la primera vez que alguien aplique pinzas ópticas dirigidas a moléculas individuales con datos correlacionados de fuerza y fluorescencia a proteínas fotosintéticas. También aplicaremos una herramienta innovadora desarrollada por nuestro grupo para inducir cambios rápidos en el microentorno de proteínas fotosintéticas y luego reconstruir su respuesta fotoprotectora paso a paso. Finalmente, queremos obtener una visión estructural de estos procesos combinando un “cóctel” ad hoc de métodos de simulación de dinámica molecular de vanguardia.

MARIONETTE nos permitirá estudiar la correlación entre cambios de estructura y entorno y modificaciones en el paisaje energético de las proteínas fotosintéticas. De este modo, podremos poner todo este nuevo conjunto de técnicas al servicio del objetivo general del grupo: estudiar cómo los cambios de luz, estructura y entorno regulan la función de las proteínas fotosensoras.

Has obtenido una ERC Starting Grant en tu primera solicitud. ¿Qué significa este logro para ti y para tu grupo?

En primer lugar, me gustaría subrayar que esta ERC no proviene solo de mi idea, sino también del esfuerzo de todo el grupo. En los dos últimos años hemos trabajado muy duro para obtener todas las pruebas de concepto del proyecto. Quiero agradecer de corazón por sus consejos increíblemente amables, útiles e invaluables a todos los investigadores sobresalientes, dentro y fuera de mi campo, que me ayudaron, y a todos los departamentos de ICFO, con un agradecimiento especial al equipo de Competitive Funding.

La ERC Starting Grant es una recompensa increíble para todo el grupo porque nos ofrece la oportunidad de centrarnos en avanzar en la ciencia fundamental durante cinco años de manera más relajada. Estoy realmente muy agradecida al ERC por ello porque, para nosotros, esto significa estabilidad y acceso a grandes recursos. Creo de veras que se trata de una oportunidad maravillosa que Europa brinda a equipos jóvenes e investigadores junior como nosotros para abordar las preguntas más ambiciosas a nivel fundamental, lo cual es extremadamente necesario para seguir avanzando en ciencia. Tan solo me gustaría que se ofrecieran más oportunidades como esta para que la comunidad investigadora pudiera enfocarse de forma relajada y apasionada en la ciencia fundamental.

En el contexto de la crisis climática y energética, la captación de luz es uno de los procesos moleculares que se está explorando en distintos campos. ¿Crees que tu proyecto podría tener aplicaciones prácticas en este sentido?

El impacto más directo de MARIONETTE será en la ciencia básica. Como he dicho, es un proyecto diseñado para entender cómo los cambios ambientales y estructurales a nivel molecular pueden regular en tiempo real el cambio entre funciones de antena y fotoprotección en proteínas fotosintéticas. El principal impacto directo será, por tanto, fundamental: avanzar en nuestra comprensión de cómo se regula la captación de luz en sistemas naturales.

Ahora bien, a muy largo plazo, esto también podría tener un impacto en la ciencia aplicada. Por ejemplo, existen muchos grupos de investigación que están diseñando nuevos sistemas bioinspirados para la captación solar. Tal vez algunos de los principios que investiguemos podrían mejorar las propiedades fotoprotectoras de dichos dispositivos. O quizá estudiar y comprender cuáles son los pasos intermedios, los cuellos de botella y los puntos de interacción implicados en la activación de la fotoprotección en plantas podría permitirnos rediseñar la regulación de la captación de luz desde los primeros pasos y a nivel molecular. Esto, a su vez, podría aumentar la eficiencia en el uso de la energía solar por parte de las plantas.

Me gustaría terminar con una pregunta más personal: ¿cuándo supiste que querías estudiar ciencia y por qué elegiste este campo en específico?

Siempre me gustó la ciencia. Cuando era niña, me pasaba horas viendo documentales y leyendo revistas científicas de divulgación para niños, como Focus. Aun así, en ese momento dudaba entre arquitectura, diseño de moda, dibujo de cómics o ciencia. Pero cuando tenía unos 14 años, recuerdo estar en Nápoles con mi primo e ir con él a una librería. Allí encontré el libro de Stephen Hawking titulado “El universo en una cáscara de nuez”. Recuerdo que era un libro estéticamente hermoso de leer, y que todos los temas eran muy atractivos. Me encantó, aunque no entendiera muchas de las cosas que de las que hablaba.

En ese momento me di cuenta de que me gustaba la física. Y cuando comencé la carrera, descubrí que lo que más me gustaba era la biofísica. Durante mi doctorado me fascinó la posibilidad de comprender cómo las proteínas, los cambios estructurales o los cambios en las interacciones entre una proteína y su entorno pueden explicar muchos procesos macroscópicos tan relevantes para la vida. Cuanto más me adentraba en el campo de la fotosíntesis, más me inspiraba al comprender cómo detalles tan pequeños son tan relevantes para permitir que la fotosíntesis se realice de manera tan eficiente, al mismo tiempo que evitan el daño inducido por luz y, en última instancia, para la vida en la Tierra. Ahora espero que, con MARIONETTE, podamos estudiar nuevos aspectos de la regulación de la fotosíntesis.