O Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2022 será concedido a Karl Deisseroth e Gero Miesenböck pela descoberta de mecanismos de canais iônicos controlados pela luz e pela descoberta da optogenética, uma tecnologia que revolucionou a neurociência.
A optogenética é uma técnica de ativação do cérebro através da luz mudando a forma como um neurônio irá exercer sua atividade. Os neurônios são células responsáveis por receber informações e enviar respostas. Essas respostas podem ser de armazenamento, como um aprendizado, ou uma função, como realizar um movimento.
Na técnica de optogenética algumas proteínas serão produzidas através de engenharia genética. Mas o que é engenharia genética? A engenharia genética permite que a informação do código genético (DNA) do neurônio seja alterada através da adição de um novo código. Esse novo código irá conter o passo a passo para a produção de opsinas.
As opsinas são proteínas que respondem a comprimentos de luz (cores) específicos. Elas foram descobertas em algas verdes e chamadas de canalrodopsina. A forma como essa proteína responde a luz é semelhante à forma como os neurônios disparam seus estímulos. A canalrodopsina das algas forma um canal na célula que se abre quando existe a presença da luz guiando a alga em sua direção. Já nos neurônios, para que haja um impulso elétrico também é necessário a abertura de canais de acordo com a presença de íons. Então, se a canalrodopsina estivesse presente em um neurônio, ele seria capaz de responder à luz favorecendo o estudo do comportamento neuronal e o controle de suas atividades.
Deisseroth foi o pesquisador responsável por adaptar as canalrodopsinas para permitir que neurônios individuais fossem controlados pela luz. Seu grupo, ainda, foi responsável por projetar o método da optogenética indicando como o neurônio iria ser capaz de produzir uma opsina e responder a diferentes estímulos de luz, indicando a importância do método para o entendimento de como o cérebro funciona.
Após o desenvolvimento do método, Deisseroth foi capaz de usar fibra ótica para lançar uma pequena luz em um grupo de neurônios contendo opsinas em animais vivos. Ele, então, observou que apenas os neurônios que continham a opsina respondiam ao estímulo de luz e, assim, era possível controlar quando um neurônio iria disparar um estímulo ou não, o que poderia controlar doenças e comportamentos.
Miesenböck foi o primeiro a utilizar realmente a optogenética para introduzir opsinas em neurônios e através desse método controlar o comportamento animal. Seu experimento permitiu a identificação de processos que regulam e/ou são regulados por neurônios relevantes e o então entendimento de como o cérebro armazena memória, toma decisões e regula funções básicas do organismo. Desde então, a optogenética já foi utilizada para entender quais as principais redes neuronais envolvidas na Doença de Parkinson e em que neurônios a cirurgia para tratamento da doença (implantes DBS ou estimulação cerebral profunda) deveria agir.
Além dos neurônios cerebrais, a optogenética também pode ser usada para estudo dos neurônios que partem do cérebro para outras estruturas do corpo e controlam movimento e dor, por exemplo. O grupo de Deisseroth desenvolveu estudos demonstrando os neurônios envolvidos na dor e de como são realizados os movimentos ajudando no tratamento de pessoas com dor crônica e lesões medulares e/ou paralisia cerebral, respectivamente.
A relevância da técnica é que conseguindo controlar um neurônio, algumas doenças também podem ser controladas, como é o caso de doenças neurológicas, mas também de doenças como cegueira e anomalias cardíacas, assim como também seria possível modular a resposta a dor, sede e fome.
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Esse texto foi escrito por Juliana Cordovil Cotrin, aluna de doutorado do Programa de Pós-Graduação em Biociências da Universidade do Estado do Rio de Janeiro como parte da avaliação da disciplina "Prêmios Nobel em Biociências", coordenada pelo professor David Majerowicz.
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