Nobelul pentru Medicină 2026 premiază proteina unei alge care aprinde neuronii cu lumină

O proteină care ajută o algă unicelulară de baltă să înoate spre lumină este motivul pentru care oamenii de știință pot astăzi să activeze sau să dezactiveze un anumit tip de celulă cerebrală cu o sclipire de lumină albastră. Adunarea Nobel de la Karolinska Institutet a acordat Premiul pentru Fiziologie sau Medicină celor trei cercetători care au descoperit această proteină și au transformat-o într-un instrument: Karl Deisseroth, de la Stanford University și Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann, de la Humboldt University of Berlin, și Georg Nagel, de la University of Würzburg.

Metoda se numește optogenetică și a schimbat ceea ce poate demonstra cercetarea creierului. Neurocercetătorii puteau deja să observe ce regiuni deveneau active în timpul fricii sau al foamei, însă rareori puteau arăta că un anumit tip de neuron provoca senzația respectivă. Cu optogenetica, ei pot activa aceste celule într-un animal viu și pot urmări apariția comportamentului sau le pot dezactiva și pot vedea cum acesta încetează. Laboratoarele au folosit între timp metoda pentru a identifica circuite ale memoriei, durerii, setei, somnului și comportamentului social, iar ea este testată acum ca tratament pentru o formă de orbire.

Comitetul i-a citat pe cei trei „pentru descoperirile lor referitoare la canalele ionice activate de lumină și la optogenetică”. Ei vor împărți în mod egal 12 milioane de coroane suedeze. „Optogenetica oferă oportunități de cartografiere a creierului într-un mod la care odinioară nu puteam decât să visăm”, a declarat Per Svenningsson, președintele Comitetului Nobel pentru Fiziologie sau Medicină.

O algă care reacționează de 20 de ori mai repede decât ochiul tău

Povestea începe cu Chlamydomonas, o algă verde alcătuită dintr-o singură celulă. Puneți-o într-un vas, luminați una dintre laturi, iar nuanța verzuie pală se va deplasa spre lampă. Alga percepe lumina printr-o pată oculară, un punct portocaliu minuscul care conține retinal, aceeași moleculă care captează lumina și în propriii noștri ochi.

Hegemann, aflat atunci la Max Planck Institute for Biochemistry din Martinsried, a măsurat pata oculară cu electrozi fini și a constatat un impuls electric la jumătate de milisecundă după sosirea luminii. În ochiul uman, lumina declanșează un lanț de etape chimice înainte ca un canal ionic să se deschidă, iar întregul proces durează cel puțin 10 milisecunde. Alga era de peste douăzeci de ori mai rapidă.

Explicația lui Hegemann era simplă: o singură proteină trebuia să îndeplinească ambele roluri, să capteze lumina și să deschidă un por pentru particulele încărcate electric. Colegii s-au îndoit de ipoteză, deoarece niciun canal ionic cunoscut nu răspundea singur la lumină. Când echipa sa a încercat să extragă proteina din pata oculară, aceasta s-a destrămat, iar ideea a stagnat ani la rând.

Cum au reușit

Momentul decisiv a venit când cercetători japonezi au publicat secvențe genetice de la Chlamydomonas. Grupul lui Hegemann a găsit două gene care semănau cu proteine cunoscute ce captează lumina și i le-a trimis lui Nagel, la Max Planck Institute for Biophysics din Frankfurt.

Nagel a injectat fiecare genă în ouă de broască, un procedeu standard care transformă un ou într-o fabrică de proteine străine. Proteinele s-au așezat pe suprafața ouălor, iar când Nagel a proiectat lumină asupra lor, ele s-au deschis. Ioni încărcați pozitiv au trecut prin ele, producând un curent electric. Ipoteza lui Hegemann era corectă. Echipa a numit cele două proteine channelrhodopsin-1 și channelrhodopsin-2, iar cea de-a doua se deschidea în 0,2 milisecunde după un impuls luminos.

În celule renale embrionare umane și în celule de hamster, channelrhodopsin-2 a produs de asemenea semnale electrice sub lumină. Proteina se comporta ca un întrerupător portabil: orice celulă care purta gena răspundea la lumină.

Deisseroth căuta exact așa ceva. Format ca psihiatru, fusese frapat în activitatea sa clinică de cât de puțin îi ajutau tratamentele existente pe pacienții cu depresie sau schizofrenie și dorea să studieze circuite într-un creier viu, nu în felii subțiri de țesut. I-a scris lui Nagel cerând gena channelrhodopsin-2, a introdus-o în neuroni de șobolan crescuți într-un vas și i-a expus la lumină albastră. Neuronii au transmis impulsuri la comandă, iar semnalul a trecut către celulele învecinate.

Grupul său a introdus apoi gena într-un tip de celulă din cortexul motor al unor șoareci vii și a trecut o fibră optică subțire printr-o mică gaură din craniu. Pulsiunile de lumină făceau animalele să-și miște vibrizele. Într-un alt experiment, lumina îndreptată spre un circuit suspectat că reglează starea de veghe a trezit șoareci adormiți.

De ce lumina a întrecut electrozii și medicamentele

Un electrod stimulează fiecare neuron din apropierea vârfului său, indiferent de tip. Un medicament se răspândește prin țesut și acționează pe parcursul minutelor. Optogenetica este precisă în două moduri simultan. Gena ajunge numai într-un tip de celulă ales, iar lumina activează acele celule în milisecunde, egalând viteza semnalelor nervoase reale. Francis Crick, care a împărțit un Premiu Nobel pentru dubla elice a ADN-ului, sugerase că lumina ar fi modalitatea ideală de a controla neuroni individuali, deși recunoștea că ideea părea neverosimilă.

Precizia contează din cauza scării. Creierul unui om adult conține aproximativ 90 de miliarde de celule nervoase, fiecare conectată cu mii de altele, iar neuronii cu funcții fără legătură între ele stau amestecați. Lucrând cu laureatul Nobel Susumu Tonegawa, echipa lui Deisseroth a reactivat celulele specifice care stocau o amintire de frică la șoareci, iar animalele au manifestat teamă într-un loc unde nimic nu le amenința. Alte grupuri au cartografiat circuite pentru sete, atenție și febră, au descoperit că adunarea puilor într-un cuib și îngrijirea lor sunt controlate de circuite separate la șoareci și au arătat că o inimă forțată să bată mai repede poate intensifica anxietatea.

Ce nu lămurește premiul

Optogenetica rămâne în principal un instrument de cercetare, nu o terapie. Utilizarea ei la oameni presupune introducerea unei gene străine în celule umane, de obicei cu ajutorul unui virus modificat, și aducerea luminii în profunzimea țesutului, ceea ce, în creier, necesită un implant. Niciunul dintre acești pași nu este unul de rutină la pacienți, iar siguranța pe termen lung a prezenței unei proteine algale în neuronii umani nu a fost stabilită.

Cel mai clar rezultat la oameni este unul limitat. Un bărbat orb de 40 de ani din cauza retinitei pigmentare a primit într-un ochi o genă pentru channelrhodopsin și ochelari care proiectează impulsuri luminoase pe retină. El a recăpătat suficientă vedere pentru a localiza și număra obiecte pe o masă, potrivit unui raport de caz publicat în Nature Medicine în 2021. Un singur pacient reprezintă o dovadă de principiu, nu o demonstrație că tratamentul funcționează pe scară largă, iar studiile sunt încă în desfășurare.

Premiul trasează totodată o linie într-un domeniu aglomerat. Regulile Nobel permit cel mult trei laureați pentru fiecare premiu. Lucrarea din 2005 care a activat pentru prima dată neuroni cu channelrhodopsin-2 a fost realizată în laboratorul lui Deisseroth, cu Edward Boyden ca prim autor, iar Feng Zhang și biofizicianul Ernst Bamberg ca autori. Gero Miesenböck, de la Oxford, făcuse anterior ca neuronii să transmită impulsuri ca răspuns la lumină folosind un alt sistem sensibil la lumină. Bamberg, Boyden și Miesenböck au împărțit Brain Prize 2013 pentru optogenetică cu cei trei laureați din acest an, însă nu fac parte dintre laureații Nobel.

De la un ou de broască la Stockholm

Drumul către premiu a trecut printr-o mână de lucrări științifice. Nagel, Hegemann și colegii lor au descris channelrhodopsin-1 în Science în 2002 și channelrhodopsin-2 în PNAS în 2003. Grupul lui Deisseroth a relatat despre neuroni controlați de lumină în Nature Neuroscience în 2005, metoda și-a primit numele în 2006, iar primul control al neuronilor din creierul unui șoarece viu a urmat în 2007. Experimentul privind memoria fricii împreună cu Tonegawa a venit în 2012.

Întrebări frecvente despre Premiul Nobel pentru Medicină 2026

Cine a câștigat Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină 2026?

Karl Deisseroth, de la Stanford University și Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann, de la Humboldt University of Berlin, și Georg Nagel, de la University of Würzburg. Ei au fost recompensați pentru descoperiri referitoare la canalele ionice activate de lumină și la optogenetică și împart în mod egal 12 milioane de coroane suedeze.

Ce este optogenetica, pe scurt?

Este o modalitate de a controla cu lumină anumite celule nervoase alese. Cercetătorii adaugă într-un tip de neuron o genă pentru o proteină sensibilă la lumină, precum channelrhodopsin. Proiectarea luminii de culoarea potrivită activează sau dezactivează apoi acele celule în milisecunde, ceea ce le permite oamenilor de știință să testeze ce face fiecare tip celular.

Este optogenetica folosită pentru tratarea pacienților?

Nu ca terapie aprobată, deocamdată. Studiile clinice o testează pentru restabilirea parțială a vederii la persoane orbite de retinita pigmentară, iar un pacient tratat a redobândit capacitatea de a localiza și număra obiecte cu ajutorul unor ochelari speciali. Cercetătorii speră, de asemenea, că ar putea face implanturile cohleare mai precise decât stimularea electrică.

Cei trei laureați își vor primi medaliile și diplomele la ceremonia de decernare a Premiilor Nobel de la Stockholm, pe 10 decembrie. Alga de la care a început totul înoată încă spre lumină în apa de baltă, iar proteina din pata ei oculară se deschide acum la comandă în laboratoare din întreaga lume.

Referință: Nagel et al., „Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel,” PNAS, 2003. DOI: 10.1073/pnas.1936192100. Boyden et al., „Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity,” Nature Neuroscience, 2005. DOI: 10.1038/nn1525

Etichete: știri, Premiul Nobel, channelrhodopsin, Georg Nagel, Karl Deisseroth, neuroștiințe