Karl Alexander Deisseroth (nacido el 18 de noviembre de 1971) es el profesor DH Chen de bioingeniería y de psiquiatría y ciencias del comportamiento en la Universidad de Stanford .
Karl Deisseroth | |
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Nació | |
Nacionalidad | americano |
alma mater | Universidad de Harvard , Universidad de Stanford |
Conocido por | Optogenética y química de tejidos de hidrogel (incluidos CLARITY y STARmap) |
Esposos) | Michelle Monje |
Premios | NAMedi (2010) NAS (2012) NAE (2019) Keio Medical Science Prize (2014) Albany Medical Center Prize (2015) BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award (2015) Breakthrough Prize in Life Sciences (2016) Kyoto Prize (2018) Heineken Prize (2020) |
Carrera científica | |
Campos | Neurociencia , Psiquiatría , Bioingeniería |
Instituciones | Universidad Stanford |
Asesores académicos | Richard Tsien , Robert Malenka |
Estudiantes de doctorado | Feng Zhang , Viviana Gradinaru |
Sitio web | web |
Es conocido por crear y desarrollar tecnologías de química de tejido de hidrogel (por ejemplo , CLARITY , STARmap) y optogenética , y por aplicar estrategias ópticas y genéticas integradas para estudiar la función normal del circuito neural, así como la disfunción en enfermedades neurológicas y psiquiátricas.
En 2019, Deisseroth fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ingeniería de EE. UU. Para herramientas moleculares y ópticas para el descubrimiento y control de las señales neuronales detrás del comportamiento animal en la salud y la enfermedad. También es miembro de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. Y de la Academia Nacional de Medicina de EE. UU.
Educación
Deisseroth obtuvo su licenciatura en ciencias bioquímicas de la Universidad de Harvard y su doctorado en neurociencia de la Universidad de Stanford en 1998, y completó una pasantía médica y una residencia en psiquiatría en la Escuela de Medicina de Stanford.
Carrera profesional
Deisseroth ha dirigido su laboratorio en la Universidad de Stanford desde 2004, se desempeña como médico tratante en el Hospital y Clínicas de Stanford y ha estado afiliado al Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) desde 2009. [1] [2] Entre 2014 y 2019 estuvo profesor adjunto extranjero en el instituto médico sueco Karolinska.
Investigar
Canales iónicos activados por luz, optogenética y circuitos neuronales de comportamiento.
En 2005, el laboratorio de Deisseroth, que incluía a los estudiantes graduados Edward Boyden y Feng Zhang , publicó la primera demostración del uso de genes de opsina microbiana que codifican canales iónicos activados por luz (canalrodopsinas) para lograr el control optogenético de las neuronas, lo que permite un control confiable de los potenciales de acción con luz en precisión de milisegundos. [3] Deisseroth llamó a este campo "optogenética" en 2006 y siguió con el trabajo de desarrollo de tecnología optogenética, lo que llevó a muchas aplicaciones, incluidas la psiquiatría y la neurología. En 2010, la revista Nature Methods nombró a la optogenética "Método del año". [4]
Por desarrollar la optogenética, Deisseroth recibió en 2010 el Premio Nakasone, en 2013 el Premio Lounsbery y el Premio Dickson en Ciencias, en 2014 el Premio Keio de Ciencias Médicas y en 2015 el Premio Albany, el Premio Lurie, el Premio Dickson en Medicina y el Premio Breakthrough en Ciencias de la Vida . [5] También recibió el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Biomedicina 2015 , junto a Edward Boyden y Gero Miesenböck . En 2016, Deisseroth recibió el premio Massry junto con su colaborador frecuente Peter Hegemann y Miesenböck por "optogenética, una tecnología que utiliza la luz para controlar las células en los tejidos vivos". [6] En 2016, el Premio Harvey del Technion en Israel fue otorgado a Deisseroth y Hegemann "por su descubrimiento de moléculas de opsina, involucradas en la detección de luz en microorganismos, y su trabajo pionero en la utilización de estas opsinas para desarrollar optogenética". [7] Deisseroth fue galardonado con el premio privado más alto de Japón, el Premio Kyoto, en 2018 por "su descubrimiento de la optogenética y el desarrollo de la neurociencia de sistemas causales", convirtiéndose en el receptor más joven del premio hasta la fecha. [8] [9] En 2019, Deisseroth, Hegemann, Boyden y Miesenböck ganaron el Premio de la Fundación Warren Alpert . [10] Finalmente, en 2020, Deisseroth recibió el Premio Heineken de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos, "por desarrollar la optogenética, un método para influir en la actividad de las células nerviosas con la luz". [11]
Deisseroth también es conocido por lograr una visión del poro del canal iónico activado por luz de la propia canalrodopsina, a través de las estructuras cristalinas iniciales de alta resolución de sus equipos de canalrodopsinas conductoras de cationes y aniones [12] [13] [14] y a través de un cuerpo de trabajo de estructura / función descubriendo mecanismos de cinética de canalrodopsina, selectividad iónica y selectividad de color junto con su colaborador frecuente Peter Hegemann, revisado en. [15] Dos premios importantes prestaron especial atención al trabajo de Deisseroth sobre elucidación de la estructura y función de la luz cerrada canales iónicos (el Premio Harvey 2016 a Deisseroth y Hegemann por el "descubrimiento de moléculas de opsina, involucradas en la detección de luz en microorganismos, y por el trabajo pionero en la utilización de estas opsinas para desarrollar optogenética", [7] y el Premio Gairdner 2018, que señaló que “su grupo descubrió los principios fundamentales de las proteínas de canalrodopsina únicas en detalle molecular mediante una amplia gama de elementos genómicos, biofísicos, Técnicas trofisiológicas y estructurales con muchos mutantes en estrecha colaboración con Peter Hegemann ”). [dieciséis]
El laboratorio de Deisseroth también logró el control optogenético unicelular en animales vivos a través de una combinación de optogenética y métodos de guía de luz de alta resolución, incluso en el comportamiento de los mamíferos. [17] [18] [19]
Aunque el primer artículo revisado por pares [20] que demuestra la activación de neuronas con una canalrodopsina fue de su laboratorio a mediados de 2005, Deisseroth ha enfatizado que muchos "laboratorios pioneros en todo el mundo" [21] también estaban trabajando en la idea y publicaron su ponencias dentro del año siguiente; él cita a Stefan Herlitze [22] y Alexander Gottschalk / Georg Nagel [23] que publicaron sus artículos a finales de 2005, y a Hiromu Yawo [24] y Zhuo-Hua Pan [25] que publicaron sus artículos iniciales en 2006 (la observación inicial de Pan de La activación óptica de las neuronas de la retina que expresan canalrodopsina habría ocurrido en agosto de 2004 según Pan, [26] aproximadamente un mes después de la observación inicial de Deisseroth (Deisseroth ha publicado las páginas del cuaderno de principios de julio de 2004 de su experimento inicial que muestra la activación por luz de las neuronas que expresan una canalrodopsina [27] ). Curiosamente, Deisseroth también señaló [27] que un experimento incluso anterior había ocurrido y fue publicado por Heberle y Büldt en 1994, en el que la expresión heteróloga funcional de una bacteriorrodopsina para el flujo de iones activados por luz se había publicado en un sistema no neuronal (levadura). [28] La optogenética con opsinas microbianas como una tecnología general para la neurociencia fue posible sólo por el desarrollo completo de str versátil estrategias para dirigir opsinas y luz a células específicas en animales que se comportan. [27]
La mayoría (~ 300 artículos [29] ) de las publicaciones de Deisseroth se han centrado en la aplicación de sus métodos para dilucidar cómo los comportamientos relacionados con la supervivencia de los mamíferos, como la sed y la ansiedad, ya sean adaptativos o desadaptativos, surgen de la actividad de células específicas y conexiones en los nervios circuitos. Varios premios han señalado específicamente los descubrimientos de la neurociencia de Deisseroth de esta manera, aparte de sus contribuciones a la estructura de canalrodopsina u optogenética. El Premio Kyoto 2018 de Deisseroth citó su "neurociencia de sistemas causales", [30] el Premio Pasarow 2013 [31] fue otorgado a Deisseroth por "investigación en neuropsiquiatría", [32] el Premio Citta di Firenze 2013 (el premio Ciudad de Florencia; otros ganadores han incluido Ada Yonath y Emmanuelle Charpentier ) fue otorgado a Deisseroth por "tecnologías innovadoras para sondear la estructura y dinámica de los circuitos relacionados con la esquizofrenia, autismo, narcolepsia, enfermedad de Parkinson, depresión, ansiedad y adicción", [33] el Premio Redelsheimer de la La Sociedad de Psiquiatría Biológica fue otorgada a Deisseroth por "promover la comprensión del campo de la conducta subyacente de la neurociencia", [34] y el Premio Fresenius 2017 de Deisseroth [35] citó "sus descubrimientos en optogenética y química de tejidos de hidrogel, así como su investigación en la base del circuito neural de la depresión ". [36]
Ensamblaje químico de materiales funcionales en tejido.
Deisseroth también es conocido por una clase separada de innovación tecnológica. Su grupo ha desarrollado métodos para el ensamblaje químico de materiales funcionales dentro del tejido biológico. Este enfoque tiene una variedad de aplicaciones, incluido el sondeo de la composición molecular y el cableado de las células dentro de cerebros intactos.
El primer paso en esta dirección fue la química de hidrogel-tejido (HTC) [37] en la que "clases específicas de biomoléculas nativas en el tejido se inmovilizan o se anclan covalentemente (por ejemplo, mediante moléculas de interfaz individualizadas con moléculas de monómero de gel)". Luego, "la polimerización sincronizada con precisión que causa la formación de híbridos de tejido-gel se desencadena dentro de todas las células a través del tejido en un proceso ordenado y controlado para crear finalmente una matriz biomolecular ópticamente y químicamente accesible". [38] En 2013, Deisseroth fue autor principal de un artículo que describía la forma inicial de este método, llamado CLARITY (con un equipo que incluía al becario postdoctoral primer autor en su laboratorio Kwanghun Chung, [39] y la neurocientífica Viviana Gradinaru); [40] este método hace que los tejidos biológicos, como los cerebros de los mamíferos, sean translúcidos y accesibles a las sondas moleculares. [41] CLARITY [42] se ha utilizado ampliamente [43] y también se han desarrollado muchas variantes de la columna vertebral básica de HTC en otros laboratorios desde 2013 (revisado en [38] ).
Una característica clave de HTC es que el híbrido de hidrogel-tejido “se convierte en el sustrato para futuros interrogatorios químicos y ópticos que se pueden probar y manipular de nuevas formas”. [38] Por ejemplo, las variantes de HTC ahora permiten un mejor anclaje y amplificación del ARN, cambios de tamaño reversibles (contracción o expansión) y secuenciación in situ (revisado en [38] ). En particular, STARmap es una variante de HTC que permite lecturas transcriptómicas tridimensionales de resolución celular dentro de tejido intacto [44] [45] [46] ).
Varios premios importantes han citado el desarrollo de HTC de Deisseroth, incluido 1) el Premio Fresenius 2017 “por sus descubrimientos en optogenética y química de tejidos de hidrogel, así como por su investigación sobre la base del circuito neuronal de la depresión”; [47] [35] [48] 2) El Premio Lurie 2015 en Ciencias Biomédicas “por liderar el desarrollo de la optogenética, una tecnología para controlar las células con luz para determinar su función, así como por CLARITY, un método para transformar órganos intactos en transparentes geles poliméricos para permitir la visualización de estructuras biológicas con alta resolución y detalle ” [49] ); 3) Premio Citta di Firenze 2013 [33] ); 4) el Premio Redelsheimer por “optogenética, CLARIDAD y otros enfoques de circuitos neuronales novedosos y poderosos para promover la comprensión del campo de la conducta subyacente de la neurociencia” [50] ); 5) el Premio Dickson de Medicina 2015 [51] ); y 6) el Premio Heineken de Medicina 2020, por "desarrollar la optogenética, un método para influir en la actividad de las células nerviosas con la luz, así como por desarrollar la química del tejido de hidrogel, que permite a los investigadores hacer que el tejido biológico sea accesible a la luz y las sondas moleculares". . " [52]
En 2020, Deisseroth y Zhenan Bao describieron otra síntesis química de material funcional in situ, esta vez con química celular específica. Su método de ensamblaje químico dirigido genéticamente (GTCA) [53] [54] instruye a células vivas específicas para guiar la síntesis química de materiales funcionales. La GTCA inicial creó polímeros eléctricamente funcionales (conductores o aislantes) en la membrana plasmática, y el equipo señaló: “Las estrategias distintas para la orientación y activación de la síntesis química podrían extenderse más allá de la iniciación de radicales oxidativos que se muestra aquí mientras se basa en el principio central de ensamblaje dentro células (como compartimentos de reacción) reactivos genéticamente y anatómicamente dirigidos (como monómeros), catalizadores (como enzimas o superficies) o condiciones de reacción (a través de moduladores de pH, luz, calor, potencial redox, potencial electroquímico y otras sustancias químicas o energéticas). señales) ".
Honores y premios
- Premio presidencial de carrera temprana 2005 para científicos e ingenieros [55]
- Programa científico de la frontera humana del premio Nakasone 2010 [56]
- Premio Koetser de 2010 a la investigación del cerebro [57]
- Premio W. Alden Spencer 2011 , [58]
- Premio Zuelch 2012, con Peter Hegemann , Georg Nagel y Ernst Bamberg [59]
- Premio Perl-UNC 2012 [60]
- 2013 Premio Città di Firenze [61]
- 2013 Premio Goldman-Rakic de la Fundación para la Investigación del Cerebro y el Comportamiento [62]
- 2013 Jacob Premio Heskel Gabbay [63]
- Premio Cerebro 2013 , Lundbeckfonden [64]
- 2013 Premio de Investigación Médica Fundación Robert J. y Claire Pasarow [65] [ referencia circular ]
- 2013 Premio Richard Lounsbery [66]
- Premio Dickson de ciencia 2013 [67]
- Premio Keio de medicina 2014 [68]
- Premio 2015 del Centro Médico de Albany [69]
- Premio Lurie de Ciencias Biomédicas 2015 [70]
- Premio Breakthrough 2015 en Ciencias de la Vida [5]
- Premio Dickson de Medicina 2015 [71]
- 2015 Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento [72]
- Premio Massry 2016 , con Peter Hegemann , Gero Miesenböck [73]
- Premio Redelsheimer 2017, Sociedad de Psiquiatría Biológica [74]
- Premio Fresenius 2017, Fundación Else Kröner-Fresenius [75]
- Premio Harvey 2017 , con Peter Hegemann [76]
- Premio Leibinger 2018 [77]
- Premio Eisenberg 2018, Universidad de Michigan [78]
- Premio Internacional Gairdner de Canadá 2018 [79]
- Premio de Kyoto 2018 (tecnología avanzada) [80]
- Premio de la Fundación Warren Alpert 2019 , con Ed Boyden, Peter Hegemann y Gero Miesenböck [10]
- Membresía de la Academia Nacional de Ingeniería 2019
- Premio Heineken de Medicina 2020 [52]
Vida personal
Deisseroth está casado con la neurocientífica Michelle Monje , con quien tiene cinco hijos.
Referencias
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enlaces externos
- Página de inicio académica , con enlaces a páginas de recursos
- Biografía del Instituto Médico Howard Hughes
- Cartera de inventores de Stanford OTL - Karl Deisseroth