Estudian el origen evolutivo de los “ojos” unicelulares que hicieron posible el desarrollo de la optogenética

La concesión del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2026 a Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel ha vuelto a situar en primer plano a la optogenética, una tecnica biotecnológica que utiliza rodopsinas (proteinas sensibles a la luz) para controlar la actividad célular mediante impulsos lumínicos, y que ha abierto nuevas posibilidades en la investigación biomédica. La optogenética aplicada al estudio del cerebro y sus neuronas nos ha permitido comprender el funcionamiento de, por ejemplo, la memoria, las emociones y el comportamiento. El origen de esta técnica está estrechamente relacionado con el estudio de las proteínas fotosensibles encontradas en los “ojos” de microorganismos eucariotas (protistas).

En esta línea, el grupo DEvoProt del Instituto Universitario de Investigación del Agua de la Universidad de Granada estudia la diversidad, evolución y función de los “ojos” (eyespots) de protistas, así como de sus rodopsinas. La investigación de estas estructuras permite profundizar en el origen y la evolución de los sistemas de percepción de luz y, además, puede llevar a identificar nuevas rodopsinas con aplicaciones biotecnológicas, incluyendo la optogenética.

A través de proyectos como ProtistEye, financiado por una ERC Starting Grant, y EYE-SEARCH, financiado por la Agencia Estatal de Investigación, los investigadores de DEvoProt estudian los mecanismos moleculares que intervienen en la detección de la luz para reconstruir la historia evolutiva de estas estructuras. Sus resultados contribuyen además a comprender mejor el origen de funciones biológicas relacionadas con la percepción e interacción con el entorno.

Los protistas, un amplio conjunto de organismos eucariotas unicelulares con formas de vida muy diversas, constituyen el principal objeto de estudio del grupo de DEvoProt (incluido en el grupo de Ecología Funcional). Muchos de ellos responden a la luz y algunos han desarrollado estructuras especializadas para detectarla, conocidas como eyespots, que son hasta cierto punto análogas funcionales de los ojos de los animales.

Según explica Luis Javier Galindo González, investigador de la Universidad de Granada y responsable de los proyectos ProtistEye y EYE-SEARCH, el estudio de estos organismos permite ampliar nuestro conocimiento sobre los mecanismos que han evolucionado para percibir la luz y comprender su funcionamiento a escala celular. «Además, esta enorme diversidad biológica podría albergar rodopsinas aún inexploradas que podrían tener nuevas aplicaciones en optogenética», señala.

En esta línea, el grupo DEvoProt investiga cómo los protistas perciben y responden a la luz con un doble objetivo: avanzar en el conocimiento de la evolución de estos mecanismos y analizar el potencial de nuevas proteínas fotosensibles como futuras herramientas biotecnológicas.

Figura 1.
A. El alga Chlamydomonas responde la luz mediante su mancha ocular (eyespot).
B. Expresión de genes de canalrodopsina en neuronas volviéndolas sensibles a la luz.
C. Expresión y activación de canalrodopsina en células nerviosas en el cerebro de ratones vivos, controlando su comportamiento (© The Nobel Committee for Physiology or Medicine.s Ill.: Mattias Karlén).

Para ello, los investigadores realizan campañas de muestreo en distintos entornos naturales, entre ellos las lagunas de Sierra Nevada, donde buscan especies de protistas todavía poco conocidas. Una vez aislados e identificados los microorganismos, estudian experimentalmente su respuesta a la luz y los mecanismos celulares y moleculares implicados en estos procesos.

Cuando el equipo identifica una rodopsina relacionada con la percepción lumínica, los trabajos continúan mediante una colaboración clave con la Dra. María del Carmen Marín Pérez, investigadora del Departamento de Química Física y Analítica de la Universidad de Jaén, especializada en la caracterización de las propiedades biofísicas de estas proteínas. Su trabajo permite comprender el funcionamiento de las rodopsinas y determinar, por ejemplo, las longitudes de onda que las activan o su capacidad para actuar como canales iónicos.

«Conocer cómo funcionan estas proteínas a escala molecular es un paso imprescindible para evaluar su posible utilidad como herramientas optogenéticas», explica la Dra. Marín Pérez. Este tipo de análisis permite valorar el potencial de nuevas rodopsinas para futuras aplicaciones experimentales y biotecnológicas.

Figura 2.
1 a 3: Estrategia metodológica de nuestro grupo de investigación para el estudio de la respuesta a la luz en protistas ambientales y de sus rodopsinas implicadas.
4 a 6: Imágenes adaptadas de https://doi.org/10.1073/pnas.2510619122.

El reconocimiento de la optogenética con el Premio Nobel pone de relieve la importancia de la investigación básica desarrollada en organismos aparentemente alejados de las aplicaciones biomédicas. En este contexto, los estudios que llevan a cabo la Universidad de Granada y la Universidad de Jaén contribuyen a esclarecer el origen evolutivo de los sistemas de percepción lumínica que hicieron posible el desarrollo de esta tecnología y a ampliar el conocimiento sobre la diversidad de mecanismos biológicos que emplean los seres vivos para responder a la luz.