Michael Krieg: “Me gustaría ver más ciencia audaz sobre la fascinante intersección entre luz y biología”

Un interruptor molecular capaz de encender y apagar neuronas con luz: eso es lo que ha reconocido este año el Premio Nobel de Fisiología o Medicina. Peter Hegemann y Georg Nagel descubrieron que la canalrodopsina, una proteína del alga unicelular Chlamydomonas, funciona como un canal iónico, el cual genera una señal eléctrica al recibir luz. Más tarde, Karl Deisseroth introdujo esta proteína en células nerviosas y la utilizó para caracterizar y manipular la actividad neuronal en animales vivos. Así, como si nada, nació la optogenética, un campo completamente nuevo en la confluencia de la genética, la fotónica y la neurociencia.

Desde entonces, la comunidad científica ha logrado comprender mucho mejor cómo funciona el cerebro. Los recuerdos, las emociones, los trastornos neurológicos y psiquiátricos, la ceguera… Hoy sabemos mucho más sobre todo ello gracias a la luz y a aquella proteína que un día despertó el interés de los galardonados.

El profesor del ICFO Michael Krieg es uno de los muchos científicos que se sintieron profundamente atraídos por este interruptor neuronal. Tras doctorarse en el laboratorio de Máquinas Celulares de la Technische Universität Dresden y decidir continuar su carrera en el ámbito académico, empezó a explorar las técnicas optogenéticas, primero como investigador posdoctoral en el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética y, después, en la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford. En 2017 fundó en el ICFO el grupo de Neurofotónica y Biología de Sistemas Mecánicos, que dirige desde entonces. Allí, él y su equipo utilizan nuevas herramientas optogenéticas para medir las fuerzas mecánicas en el interior de células y animales, y para observar sus efectos mientras estos se desplazan, perciben su entorno y envejecen.

Ahora que la optogenética ha recibido el Nobel de Fisiología o Medicina, el profesor Krieg explica por qué el trabajo de los galardonados es tan importante para la ciencia en general y cómo ha influido, y probablemente seguirá influyendo, en su propia investigación.

¿Qué relevancia tiene este Premio Nobel para la ciencia?

Una relevancia enorme, sin duda, porque vuelve a demostrar que cuando la curiosidad impulsa la investigación básica se pueden producir descubrimientos sin precedentes con posibles aplicaciones clínicas. De hecho, mientras hablamos, ya se están llevando a cabo ensayos clínicos con optogenética, concretamente con canales iónicos activados por luz, para tratar trastornos de la visión. Aunque aplicarla en el cerebro humano es todavía un reto pendiente, la optogenética nos ha dado una herramienta única para estudiar de forma no invasiva la relación causal entre la actividad neuronal y el comportamiento que esas neuronas codifican.

¿Podría mencionar algún descubrimiento importante que no habría sido posible sin el trabajo de los galardonados de este año?

Uno de los descubrimientos y aplicaciones más importantes es la recuperación de la visión en personas ciegas. Pero hay muchos más. Por ejemplo, la optogenética ha permitido estudiar de forma causal la función de distintas regiones cerebrales. Esto es especialmente relevante, ya que antes era prácticamente imposible activar neuronas individuales y averiguar qué función desempeñan dentro de un tejido tan complejo como el cerebro. La optogenética ha sido clave para cambiar eso.

Y en su caso concreto, ¿qué le ha permitido estudiar este descubrimiento? ¿Cómo utiliza las herramientas optogenéticas en su investigación diaria?

Depende de lo estricta que sea la definición de optogenética. Pero si nos ceñimos al uso de canales iónicos activados por luz, la empleamos sobre todo para manipular las concentraciones de iones dentro de las células. Eso nos permite reconfigurar circuitos neuronales endógenos, es decir, redes de neuronas que ya existen de forma natural en el cerebro. También podemos suprimir el dolor o el miedo, o hacer que un animal se sienta atraído por olores que normalmente le resultarían desagradables, modificando cómo se integran las señales en sinapsis concretas entre dos neuronas. Ahora mismo nos interesan especialmente las bombas de protones de entrada y los canales iónicos ultrasensibles y desplazados hacia el rojo, porque eso nos permitirá ampliar las posibilidades de nuestras técnicas de ingeniería sináptica.

En mecanobiología, una de las principales líneas de investigación de mi grupo, la optogenética no tiene tanto peso como en neurociencia, pero nos ofrece un conjunto de herramientas para manipular células concretas con luz dentro de un organismo. Por ejemplo, con herramientas optogenéticas específicas podemos cambiar la localización de una proteína o detener la cinética de una enzima, lo que nos permite manipular con precisión las proteínas motoras que soportan y generan fuerzas.

Lleva más de diez años trabajando en optogenética. ¿Qué le atrajo de este campo en un principio? ¿Influyó en su decisión la investigación de los galardonados?

Entré en contacto con este campo durante mi etapa posdoctoral, cuando trabajaba justo al lado del laboratorio de Karl Deisseroth. En aquel momento, usaba la optogenética principalmente como herramienta para estudiar la relación entre la actividad neuronal y el comportamiento. Quería comprobar si las modificaciones genéticas que introducía en los animales dejaban intactas la excitabilidad neuronal y la transmisión sináptica. El verdadero salto llegó cuando monté mi propio laboratorio, porque quería desarrollar formas no invasivas y autónomas de activar las canalrodopsinas (la proteína que descubrieron Peter Hegemann y Georg Nagel) utilizando la luz que emiten los organismos bioluminiscentes.

¿Cómo se sintió cuando se anunció el Premio Nobel?

Me alegré muchísimo de ver que un trabajo tan largo y exigente recibía el reconocimiento de un premio tan importante. Hacía tiempo que lo esperaba. Por supuesto, felicito a los galardonados por el premio, pero sobre todo por su descubrimiento y por haber dado origen a un campo nuevo.

¿Cómo podría influir este premio en la evolución del campo en los próximos años?

Un Premio Nobel siempre atrae a gente nueva al campo. Lo vimos cuando se premiaron los canales Piezo y TRP, y ahora veremos un aumento similar de la atención y del reconocimiento, que traerá consigo más talento y más creatividad. Si lo combinamos con otras tecnologías fotónicas y con la ingeniería de proteínas, creo que llegaremos a ver la neuromodulación no invasiva y, con el tiempo, la optogenética pasará del laboratorio a la clínica. Me gustaría ver más ciencia audaz y más financiación para explorar las distintas facetas de esta fascinante intersección entre la luz y la materia, tanto en la investigación clínica como, sobre todo, en la básica. Al fin y al cabo, si la investigación básica no nos hubiera mostrado estas posibilidades, hoy no estaríamos aquí hablando de esto.