Al concluir la licenciatura en investigación biomédica básica realizó su tesis con el doctor Mario Soberón en el Instituto de Biotecnología de la UNAM, quien le enseñó “el vicio de querer entender qué hace el oxígeno a las bacterias”. Fue así como, más tarde, en su tesis doctoral descubrió el funcionamiento de la hemoglobina en las bacterias, en particular en la Escherichia coli.

Enseguida narra uno de los aspectos más conmovedores de sus hallazgos científicos: “En 1963 Max Perutz descubrió la hemoglobina humana y obtuvo por ello el Premio Nobel. Al recibirlo, dijo que la estructura de la hemoglobina era tan compleja que sólo la tenían los organismos superiores. Treinta y tres años después yo descubrí que también existe en las bacterias”. Ese descubrimiento cambió su vida.Otra de sus pasiones es el estudio de los radicales libres, compuestos que dañan a las células y a la proteínas y son factores causantes del envejecimiento celular. Jorge Membrillo y su grupo —compuesto por ocho estudiantes de maestría y doctorado— analizan este fenómeno tomando como modelo a la bacteria Escherichia coli y han demostrado por primera vez que un tipo de proteína llamado “chaperona molecular” sirve de escudo contra dicho fenómeno. “Ahora necesitamos entender cuestiones básicas y tenemos ante nosotros retos fantásticos: ¿cómo es que los escudos moleculares detienen la oxidación?, ¿cómo es que éstos previenen la degradación de las proteínas?, ¿cómo puede retrasarse el envejecimiento?”.