Los tres científicos que hicieron posible estudiar el cerebro con luz

El Nobel de Medicina ha reconocido este lunes a Karl Deisseroth, un psiquiatra estadounidense fascinado desde niño por la poesía; Peter Hegemann, un químico alemán que admiraba a los exploradores polares, y Georg Nagel, un biofísico alemán cuya infancia transcurrió entre hospitales. Sus descubrimientos hicieron posible la optogenética, una técnica que permite controlar la actividad de las neuronas mediante la luz.

Karl Deisseroth y el origen de las emociones

Antes de convertirse en médico e investigador, Deisseroth, nacido en 1971, quería entender cómo unas palabras podían despertar emociones intensas. Leía literatura y poesía desde pequeño, y le intrigaba que una frase pudiera conmover a quien la escuchaba. Pensaba dedicarse a la neurocirugía, pero una estancia de formación en psiquiatría durante sus estudios de medicina en Stanford cambió sus planes. El sufrimiento de los pacientes y las limitaciones de los tratamientos le hicieron buscar herramientas para comprender qué ocurría en sus cerebros. Por qué una persona pierde la capacidad de sentir alegría o experimenta una realidad que los demás no perciben.

Al comenzar su laboratorio en 2004, quería averiguar cómo la actividad de determinadas neuronas provocaba un comportamiento. La escritura siguió acompañándolo mientras desarrollaba su carrera científica. En su libro Projections: A Story of Human Emotions exploró las emociones humanas entrelazando ciencia, experiencia clínica y literatura. Escribía de madrugada, tras acostar a sus hijos, a menudo junto a su esposa, también investigadora, dedicada a los tumores cerebrales infantiles.

Peter Hegemann, la vocación de explorar

Hegemann, nacido en 1954, creció en Aquisgrán, en el oeste de Alemania, rodeado de médicos. Lo eran sus padres y sus dos abuelos, aunque sus primeras ambiciones lo llevaban lejos de la consulta. Admiraba a los grandes navegantes y a los exploradores polares como Fridtjof Nansen y Roald Amundsen, pero al terminar la escuela pensó que apenas quedaban territorios terrestres por descubrir. Consideró la astronomía, pero creía insuficientes sus conocimientos matemáticos, y eligió química, atraído por la posibilidad de crear algo nuevo.

En 1980 comenzó el doctorado con Dieter Oesterhelt, un bioquímico que investigaba proteínas de microorganismos fotosensibles. Su maestro lo alentó a buscar un tema propio y así fue como Hegemann acabó investigando cómo un alga unicelular podía nadar hacia la luz.

Diez años más tarde midió una respuesta eléctrica tan rápida que sospechó que el detector de luz y el canal por el que pasaban las partículas cargadas estaban estrechamente unidos. Más adelante propuso que eran una sola proteína, una hipótesis que encontró escepticismo y cuya comprobación exigiría años de trabajo. Había empezado a estudiar las algas por curiosidad, sin prever que aquel trabajo serviría para investigar el cerebro y acabaría valiéndole el Nobel de Medicina.

Georg Nagel y el encuentro en el Max Planck

Nagel, nacido en 1953 en Weingarten, en el sureste de Alemania, era el mayor de cinco hermanos. Enfermó gravemente a los cinco años y mientras los demás iban a esquiar a Austria, construía radios y máquinas de vapor con los juegos científicos que sus padres le regalaban por Navidad. Muchas vacaciones escolares transcurrieron entre operaciones en Würzburg para tratar una enfermedad que provocaba inflamación en sus huesos.

Tras estudiar biología y biofísica en Constanza, no se sentía preparado para hacer un doctorado. Trabajó como profesor en Suiza antes de regresar a la investigación por invitación de su mentor, Ernst Bamberg, que dirigía un grupo en el Instituto Max Planck de Biofísica de Frankfurt. Allí conoció a Hegemann, que acudía desde Múnich para realizar experimentos durante su tesis, y se especializó en estudiar el transporte de partículas cargadas a través de las membranas celulares. Cuando Hegemann necesitó comprobar su hipótesis, supo a quién recurrir.

El nacimiento de la ciencia con luz

En 2000, el grupo de Hegemann identificó los genes candidatos y Nagel aportó las técnicas para comprobar cómo funcionaban sus proteínas en células de huevo de rana. Los resultados publicados en 2002 y 2003 confirmaron que habían encontrado canales activados por luz y que podían funcionar también en células de mamíferos.

El hallazgo llamó la atención de Deisseroth, que en marzo de 2004 escribió un correo a Nagel para pedirle el ADN necesario para producir una de esas proteínas y probarla en neuronas. La colaboración permitió a su equipo activarlas con luz, un resultado publicado en Nature Neuroscience en 2005, y avanzar después hacia su aplicación en cerebros de ratones vivos.

Los reconocimientos fueron llegando conforme se extendía la técnica. Los tres compartieron el Brain Prize de 2013 con otros pioneros; Deisseroth recibió el Kioto en 2018, y Hegemann y Nagel, el Shaw en 2020. El Lasker de 2021 distinguió a Deisseroth, Hegemann y su maestro Oesterhelt, el maestro cuyas investigaciones habían contribuido a sentar las bases del trabajo.

Este lunes, 35 años después de las mediciones de Hegemann y 22 después del correo que incorporó a Deisseroth a la colaboración, llegó la llamada de Estocolmo. El secretario general del premio, Thomas Perlmann, explicó durante el anuncio que todos coincidieron en una reacción que iba más allá del reconocimiento individual. “Los tres dijeron lo mismo: que les parecía absolutamente maravilloso recibir el premio con los otros dos. Los llamaron ‘mis amigos’”, relató. Para entonces, aquella cadena de preguntas, hallazgos y colaboraciones había transformado una intuición sobre las algas en una nueva manera de explorar el cerebro.