Karl Deisseroth - Karl Deisseroth

Karl Deisseroth
Nascer ( 1971-11-18 )18 de novembro de 1971 (49 anos)
Boston , Massachusetts
Nacionalidade americano
Alma mater Harvard University
Stanford University
Conhecido por Optogenética e química do tecido de hidrogel (incluindo CLARITY e STARmap)
Cônjuge (s) Michelle Monje
Prêmios 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)
Prêmio Albert Lasker de Pesquisa Médica Básica (2021)
Carreira científica
Campos Neurociência , Psiquiatria , Bioengenharia
Instituições Universidade de Stanford
Orientadores acadêmicos Richard Tsien , Robert Malenka
Alunos de doutorado Feng Zhang , Viviana Gradinaru
Local na rede Internet web .stanford .edu / group / dlab / index .html

Karl Alexander Deisseroth (nascido em 18 de novembro de 1971) é o DH Chen Professor de Bioengenharia e de Psiquiatria e Ciências do Comportamento na Universidade de Stanford .

Ele é conhecido por criar e desenvolver as tecnologias da química do tecido de hidrogel (por exemplo , CLARITY , STARmap) e optogenética , e por aplicar estratégias óticas e genéticas integradas para estudar a função normal do circuito neural, bem como disfunções em doenças neurológicas e psiquiátricas.

Em 2019, Deisseroth foi eleito membro da Academia Nacional de Engenharia dos Estados Unidos para ferramentas moleculares e ópticas para descoberta e controle de sinais neuronais por trás do comportamento animal na saúde e na doença. Ele também é membro da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos e da Academia Nacional de Medicina dos Estados Unidos .

Educação

Deisseroth obteve seu bacharelado em ciências bioquímicas pela Harvard University e seu MD e PhD em neurociência pela Stanford University em 1998. Ele completou seu internato médico e residência em psiquiatria na Stanford University School of Medicine .

Carreira

Deisseroth dirige seu laboratório na Stanford University desde 2004, atua como médico assistente no Stanford Hospital and Clinics e é afiliado ao Howard Hughes Medical Institute (HHMI) desde 2009. Entre 2014 e 2019, ele foi professor adjunto estrangeiro na Suécia Instituto Médico Karolinska.

Pesquisar

Canais iônicos controlados por luz, optogenética e circuitos neurais de comportamento

Em 2005, o laboratório de Deisseroth, incluindo os estudantes de graduação Edward Boyden e Feng Zhang , publicou a primeira demonstração do uso de genes de opsina microbiana que codificam canais iônicos com barreira de luz (canalrodopsinas) para alcançar controle optogenético de neurônios, permitindo controle confiável de potenciais de ação com luz em precisão de milissegundos. Deisseroth chamou esse campo de "optogenética" em 2006 e seguiu com o trabalho de desenvolvimento de tecnologia optogenética, levando a muitas aplicações, incluindo psiquiatria e neurologia. Em 2010, a revista Nature Methods denominou a optogenética "Método do Ano".

Pelo desenvolvimento da optogenética, Deisseroth recebeu em 2010 o Prêmio Nakasone, em 2013 o Prêmio Lounsbery e o Prêmio Dickson em Ciência, em 2014 o Prêmio Keio de Ciências Médicas e em 2015 o Prêmio Albany, Prêmio Lurie, Prêmio Dickson em Medicina e Prêmio Revelação em Ciências da Vida . Ele também recebeu o Prêmio Fronteiras do Conhecimento em Biomedicina da Fundação BBVA 2015 , juntamente com Edward Boyden e Gero Miesenböck . Em 2016, Deisseroth recebeu o Prêmio Massry junto com seu colaborador frequente Peter Hegemann e Miesenböck por "optogenética, uma tecnologia que utiliza luz para controlar células em tecidos vivos". Em 2016, o Prêmio Harvey do Technion em Israel foi concedido a Deisseroth e Hegemann "por sua descoberta de moléculas de opsina, envolvidas na detecção de luz em microrganismos, e seu trabalho pioneiro na utilização dessas opsinas para desenvolver optogenética". Deisseroth recebeu o maior prêmio privado do Japão, o Prêmio Kyoto, em 2018 por "sua descoberta da optogenética e o desenvolvimento da neurociência de sistemas causais", tornando-se o mais jovem recebedor do prêmio até o momento. Em 2019, Deisseroth, Hegemann, Boyden e Miesenböck ganharam o Prêmio Warren Alpert Foundation . Finalmente, em 2020, Deisseroth recebeu o Prêmio Heineken da Academia Real de Artes e Ciências da Holanda, "por desenvolver optogenética - um método para influenciar a atividade das células nervosas com luz".

Deisseroth também é conhecido por obter uma visão sobre o poro do canal de íons com barreira de luz da própria canalrodopsina, por meio das estruturas cristalinas iniciais de alta resolução de suas equipes de canalrodopsinas condutoras de cátions e ânions e por meio de um corpo de estrutura / função de trabalho descobrindo mecanismos de cinética da canalrodopsina , seletividade de íons e seletividade de cores, juntamente com seu colaborador frequente Peter Hegemann, revisado em. Dois prêmios principais prestaram atenção especial ao trabalho de Deisseroth na elucidação da estrutura e função de canais de íons controlados por luz (o Prêmio Harvey 2016 para Deisseroth e Hegemann por a “descoberta de moléculas de opsina, envolvidas na detecção de luz em microrganismos, e pelo trabalho pioneiro na utilização dessas opsinas para desenvolver optogenética”, e o Prêmio Gairdner de 2018, que observou que “seu grupo descobriu os princípios fundamentais das proteínas exclusivas da canalrodopsina nas moléculas detalhes por uma ampla gama de genômica, biofísica, eletrofisiológica e st técnicas estruturais com muitos mutantes em estreita colaboração com Peter Hegemann ”).

O laboratório de Deisseroth também alcançou controle optogenético de célula única em animais vivos por meio de uma combinação de optogenética e métodos de orientação de luz de alta resolução, incluindo em mamíferos que se comportam.

Embora o primeiro artigo revisado por pares demonstrando a ativação de neurônios com um canal-rodopsina tenha sido de seu laboratório em meados de 2005, Deisseroth enfatizou que muitos “laboratórios pioneiros ao redor do mundo” também estavam trabalhando na ideia e publicaram seus artigos no ano seguinte; ele cita Stefan Herlitze e Alexander Gottschalk / Georg Nagel, que publicaram seus artigos no final de 2005, e Hiromu Yawo e Zhuo-Hua Pan, que publicaram seus artigos iniciais em 2006 (a observação inicial de Pan sobre a ativação óptica dos neurônios da retina expressando a canalrodopsina teria ocorrido em agosto 2004 de acordo com Pan, cerca de um mês após a observação inicial de Deisseroth (Deisseroth publicou as páginas do caderno do início de julho de 2004 de seu experimento inicial mostrando ativação de luz de neurônios que expressam um canal rodopsina). Curiosamente, Deisseroth também apontou que um experimento ainda anterior havia ocorrido e foi publicado de Heberle e Büldt em 1994, no qual a expressão heteróloga funcional de uma bacteriorodopsina para fluxo de íons ativados por luz foi publicada em um sistema não neural (levedura). A optogenética com opsinas microbianas como tecnologia geral para neurociência foi habilitada apenas pelo desenvolvimento completo de estratégias versáteis para direcionar opsinas e luz para células específicas em animais que se comportam.

A maioria (~ 300 artigos) das publicações de Deisseroth tem se concentrado na aplicação de seus métodos para elucidar como os comportamentos relacionados à sobrevivência dos mamíferos, como sede e ansiedade, sejam adaptativos ou desadaptativos, surgem da atividade de células específicas e conexões nos circuitos neurais. Vários prêmios observaram especificamente as descobertas neurocientíficas de Deisseroth dessa forma, separadas de suas contribuições para a estrutura da cana-rodopsina ou optogenética. O Prêmio Kyoto de Deisseroth de 2018 citou sua "neurociência de sistemas causais", o Prêmio Pasarow de 2013 foi concedido a Deisseroth por "pesquisa neuropsiquiátrica", o Premio Citta di Firenze de 2013 (o prêmio da cidade de Florença; outros destinatários incluíram Ada Yonath e Emmanuelle Charpentier ) foi dado a Deisseroth por "tecnologias inovadoras para sondar a estrutura e dinâmica de circuitos relacionados à esquizofrenia, autismo, narcolepsia, doença de Parkinson, depressão, ansiedade e vício", o Prêmio Redelsheimer da Society for Biological Psychiatry foi concedido a Deisseroth por "promover o compreensão de field do comportamento subjacente da neurociência ", e o Prêmio Fresenius de 2017 de Deisseroth citaram" suas descobertas em optogenética e química do tecido de hidrogel, bem como sua pesquisa sobre a base do circuito neural da depressão ".

Montagem química de materiais funcionais em tecido

Deisseroth também é conhecido por uma classe separada de inovação tecnológica. Seu grupo desenvolveu métodos para a montagem química de materiais funcionais dentro do tecido biológico. Esta abordagem tem uma gama de aplicações, incluindo sondagem da composição molecular e fiação de células dentro de cérebros intactos.

O primeiro passo nessa direção foi a química do hidrogel-tecido (HTC), em que "classes específicas de biomoléculas nativas no tecido são imobilizadas ou ancoradas covalentemente (por exemplo, através de moléculas de interface individualizadas para moléculas de monômero de gel)". Em seguida, "a polimerização em tempo preciso causando a formação de um híbrido de tecido-gel é desencadeada dentro de todas as células através do tecido em um processo ordenado e controlado para criar uma matriz biomolecular opticamente e quimicamente acessível". Em 2013, Deisseroth foi o autor sênior de um artigo que descreve a forma inicial desse método, denominado CLARITY (com uma equipe incluindo o primeiro autor pós-doutorado em seu laboratório Kwanghun Chung e a neurocientista Viviana Gradinaru); este método torna os tecidos biológicos, como os cérebros de mamíferos, translúcidos e acessíveis a sondas moleculares. CLARITY foi amplamente utilizado e muitas variantes no backbone HTC básico foram desenvolvidas em outros laboratórios também desde 2013 (revisado em).

Uma característica chave do HTC é que o híbrido de tecido de hidrogel “se torna o substrato para futuras interrogações químicas e ópticas que podem ser sondadas e manipuladas de novas maneiras”. Por exemplo, as variantes do HTC agora permitem ancoragem e amplificação aprimoradas de RNA, alterações reversíveis de tamanho (contração ou expansão) e sequenciamento in situ (revisado em). Em particular, STARmap é uma variante HTC que permite leituras transcriptômicas de resolução celular tridimensional dentro de tecido intacto).

Vários prêmios importantes citaram o desenvolvimento do HTC por Deisseroth, incluindo 1) o Prêmio Fresenius 2017 “por suas descobertas em optogenética e química de tecido de hidrogel, bem como sua pesquisa na base do circuito neural da depressão”; 2) Prêmio Lurie de Ciências Biomédicas 2015 “por liderar o desenvolvimento da optogenética, uma tecnologia de controle de células com luz para determinar a função, bem como CLARITY, um método para transformar órgãos intactos em géis poliméricos transparentes para permitir a visualização de estruturas biológicas com alta resolução e detalhes ”); 3) o Premio Citta di Firenze 2013); 4) o Prêmio Redelsheimer por “optogenética, CLARIDADE e outras abordagens inovadoras e poderosas do circuito neural para promover a compreensão do campo do comportamento subjacente da neurociência”); 5) Prêmio Dickson de Medicina de 2015); e 6) o Prêmio Heineken de Medicina de 2020, por "desenvolver optogenética - um método para influenciar a atividade das células nervosas com luz - bem como por desenvolver a química do tecido hidrogel, que permite aos pesquisadores tornar o tecido biológico acessível à luz e sondas moleculares . "

Em 2020, Deisseroth e Zhenan Bao descreveram outra síntese química de material funcional in situ, desta vez com química específica para células. Seu método de montagem química direcionada geneticamente (GTCA) instrui células vivas específicas para guiar a síntese química de materiais funcionais. O GTCA inicial criou polímeros eletricamente funcionais (condutores ou isolantes) na membrana plasmática, e a equipe observou "Estratégias distintas para o direcionamento e o desencadeamento da síntese química podem se estender além da iniciação do radical oxidativo mostrada aqui, ao construir sobre o princípio básico de montagem dentro células (como compartimentos de reação) reagentes geneticamente e anatomicamente direcionados (como monômeros), catalisadores (como enzimas ou superfícies) ou condições de reação (por meio de moduladores de pH, luz, calor, potencial redox, potencial eletroquímico e outros produtos químicos ou energéticos sinais). ”

Honras e prêmios

Vida pessoal

Deisseroth é casado com a neurocientista Michelle Monje , com quem tem quatro filhos.

Referências

links externos