Um método chamado optogenética oferece insights sobre memória, percepção e vício
Algumas grandes descobertas científicas não são realmente descobertas. Eles são emprestados. Foi o que aconteceu quando os cientistas recrutaram proteínas de um fornecedor improvável: algas verdes.
Células da espécie de algas Chlamydomonas reinhardtii são decorado com proteínas que podem sentir a luz. Essa capacidade, notada pela primeira vez em 2002, rapidamente chamou a atenção dos neurocientistas. Uma proteína sensível à luz prometia o poder de controlar os neurônios – as células nervosas do cérebro – fornecendo uma maneira de ligá-los e desligá-los exatamente no lugar e na hora certos.
As células nervosas geneticamente modificadas para produzir as proteínas das algas tornam-se marionetes controladas pela luz. Um flash de luz poderia induzir um neurônio silencioso a disparar sinais ou forçar um neurônio ativo a ficar em silêncio.
“Esta molécula é o sensor de luz de que precisávamos”, diz o neurocientista visual Zhuo-Hua Pan, que procurava uma forma de controlar as células da visão nas retinas dos ratos.
O método possibilitado por essas proteínas emprestadas agora é chamado de optogenética, por sua combinação de luz (opto) e genes. Em menos de duas décadas, a optogenética levou a grandes insights sobre como as memórias são armazenadas, o que cria as percepções e o que acontece de errado no cérebro durante a depressão e o vício.
Usando a luz para estimular a atividade de certas células nervosas, os cientistas brincaram com alucinações de ratos: ratos viram linhas que não existiam e lembraram de um cômodo onde nunca haviam entrado. Os cientistas usaram a optogenética para fazer os ratos lutar, acasalar e comer, e mesmo dada a visão de ratos cegos. Pela primeira vez, a optogenética recentemente restaurou aspectos da visão de um homem cego.
Uma pista inicial sobre o potencial da optogenética surgiu por volta da 1h do dia 4 de agosto de 2004. O neurocientista Ed Boyden estava em um laboratório em Stanford, verificando uma placa de neurônios que possuía um gene para um dos sensores de luz de algas. , chamado canalrodopsina-2. Boyden iria lançar luz azul nas células e ver se elas disparavam sinais. Para sua surpresa, a primeira célula que ele verificou respondeu à luz com uma explosão de ação, escreveu Boyden em um relato de 2011. As possibilidades levantadas por essa pequena centelha de atividade, descritas num relatório técnico de 2005 por Boyden, Karl Deisseroth da Universidade de Stanford e colegas, rapidamente se tornaram realidade.
No laboratório de Pan, proteínas responsivas à luz restauraram a visão em camundongos com retinas danificadas, uma descoberta que agora levou a um ensaio clínico em pessoas. A promessa da optogenética não era um dado adquirido naqueles primeiros dias, quando os cientistas estavam aprendendo como usar essas proteínas nos neurônios. “Naquela época, ninguém previu que este trabalho optogenético teria um impacto tão grande”, diz Pan.
Desde essas primeiras descobertas, os sensores de luz das algas foram adotados para uso em inúmeras áreas de pesquisa cerebral. A neurocientista Talia Lerner, da Northwestern University, em Chicago, por exemplo, usa a optogenética para estudar conexões entre células no cérebro de camundongos. O método permite que ela desvende as relações entre as células que produzem e respondem à dopamina, um mensageiro químico envolvido no movimento e na recompensa. Essas ligações celulares, iluminadas pela optogenética, podem ajudar a revelar detalhes sobre motivação e aprendizagem. “Minha pesquisa realmente não seria possível em sua forma atual sem a optogenética”, diz ela.
A optogenética também é indispensável para Jeanne Paz, do Gladstone Institutes, em São Francisco. Ela e seus colegas têm procurado células que podem impedir que as convulsões se espalhem pelo cérebro. Ao dar-lhe uma forma de controlar grupos distintos de neurônios, a optogenética é crucial para sua busca. “Realmente não poderíamos fazer essas perguntas com nenhuma outra ferramenta”, diz Paz.
Sua pesquisa auxiliada pela optogenética levou Paz a uma estrutura cerebral chamada tálamo, uma estação intermediária para muitas redes neurais no cérebro. “Lembro-me dos arrepios que senti na primeira vez que apontei a luz para o tálamo e isso interrompeu a convulsão”, diz ela.
Até agora, a pesquisa optogenética ocorreu principalmente em ratos. Mas em breve poderão ser encontradas descobertas sobre cérebros mais complexos, incluindo os de primatas, diz Yasmine El-Shamayleh, da Universidade de Columbia. Em 2009, Boyden e colegas descreveram a optogenética em um macaco. El-Shamayleh e outros estão a impulsionar fortemente esta linha de investigação. “Estamos definitivamente prestes” a revelar alguns princípios fascinantes do cérebro dos primatas, como a forma como o cérebro transforma sinais dos olhos em percepções, diz ela.
A optogenética evoluiu rapidamente. Os cientistas projetaram e otimizaram novos sensores de luz e novas formas de combiná-los com outras técnicas. Uma razão importante para a inovação generalizada de hoje, diz Lerner, foi o espírito inicial de partilha por parte dos pioneiros da optogenética. Em Stanford, Deisseroth realizava regularmente workshops para treinar outros cientistas na técnica. “De certa forma, isso é tão importante quanto inventá-lo”, diz Lerner.
Portanto, vale a pena reservar um minuto para apreciar os participantes originais. Não importa o que aconteça a seguir neste campo em rápida evolução, uma coisa é certa: os cientistas do cérebro ficarão para sempre em dívida com as algas.
Fonte: Sciencenews
