Nagroda Nobla dla pionierów optogenetyki, sterującej światłem komórkami mózgu

Image: Ars Technica · Source

Nagrodę Nobla z fizjologii lub medycyny w 2026 roku otrzymali Karl Deisseroth, Peter Hegemann i Georg Nagel za opracowanie optogenetyki – techniki wykorzystującej światło do precyzyjnej aktywacji lub hamowania neuronów, która zrewolucjonizowała badania neurobiologiczne.

Nagroda Nobla z fizjologii lub medycyny w 2026 roku honoruje przełomową technikę optogenetyki, która umożliwia naukowcom kontrolowanie komórek nerwowych w mózgu i rdzeniu kręgowym za pomocą światła. Ta transformująca metoda wyłoniła się po dekadach badań, zaczynając od jednokomórkowych alg, a konkretnie zielonej algi Chlamydomonas, która korzysta z białek wrażliwych na światło, by orientować się w otoczeniu.

Naukowcy od dawna poszukiwali sposobów na zrozumienie funkcji wyspecjalizowanych neuronów w mózgu poprzez manipulację nimi. Tradycyjne metody, takie jak genetyczne usuwanie neuronów, miały ograniczenia, ponieważ mózg potrafi adaptować się do utraty komórek lub rozwijać się inaczej bez tych neuronów. Możliwość selektywnego aktywowania lub wyłączania neuronów w nienaruszonym mózgu obiecywała znacznie precyzyjniejsze zrozumienie ich ról.

Przełomowy krok pochodził z prac Petera Hegemanna z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie, który zidentyfikował aktywowane światłem kanały jonowe w Chlamydomonas. We współpracy z Georgiem Nagelem, ekspertem w dziedzinie przepływu jonów z Uniwersytetu w Würzburgu, scharakteryzowali te channelrhodopsiny — białka pozwalające na przechodzenie naładowanych jonów przez błony komórkowe w odpowiedzi na konkretne długości fal światła. Odkrycie to wykazało, że białka te mogą potencjalnie kontrolować aktywność komórkową za pomocą światła.

Nagel wykazał, że te channelrhodopsiny mogą działać w różnych organizmach, włączając embriony żaby i hodowane komórki ludzkie, oraz że ich aktywacja w układzie nerwowym małego nicienia C. elegans może zmieniać jego zachowanie w odpowiedzi na światło.

Karl Deisseroth i jego zespół z Uniwersytetu Stanforda rozwinęli to odkrycie w praktyczne narzędzia neurobiologiczne. Potwierdzili skuteczność białek w neuronach oraz stworzyli kompaktowe systemy dostarczania światła, takie jak małe włókna optyczne, umożliwiające badania na swobodnie poruszających się zwierzętach. Odkryli również warianty channelrhodopsin wrażliwe na różne kolory światła, w tym taką, która hamuje aktywność neuronalną, umożliwiając przenikanie jonów chlorkowych do komórek.

Optogenetyka szybko stała się kluczową metodą w neurobiologii, ułatwiając badania nad przechowywaniem pamięci, regulacją snu, a także złożonymi zachowaniami, jak opieka macierzyńska. Technika wykazała także potencjał medyczny, przywracając częściową wrażliwość na światło u pacjentów z degeneracją siatkówki.

Komitet Noblowski podkreślił, że choć Deisseroth, Hegemann i Nagel odegrali kluczową rolę w rozwoju optogenetyki, jej szerokie zastosowanie i dalsze innowacje były wynikiem pracy wielu innych naukowców.

Ta nagroda podkreśla głęboki wpływ badań podstawowych, zainicjowanych ciekawością wobec prostej algi wodnej, na naukę i medycynę, będąc przypomnieniem wartości podstawowych badań naukowych, nawet gdy bezpośrednie zastosowania nie są od razu widoczne.