Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2026 года получили американец Карл Дейссерот и немецкие ученые Петер Хегеман и Георг Нагель «за открытия в области светочувствительных ионных каналов и оптогенетики», сообщил Нобелевский комитет. Ученые разделят денежную часть премии — 12 млн шведских крон, около $1,2 млн. Награда по физиологии и медицине традиционно открывает Нобелевскую неделю.
Разработанный на основе их открытий метод позволяет ученым буквально включать и выключать определенные нервные клетки с помощью света и наблюдать, за что именно они отвечают. Нервные клетки общаются друг с другом с помощью электрических импульсов. Для их возникновения в оболочке клетки открываются крошечные белковые «ворота» — ионные каналы, через которые проходят заряженные частицы.
Хегеман и Нагель исследовали у одноклеточных водорослей белки, которые реагируют на свет. Один из них, каналородопсин, при освещении открывает ионный канал и тем самым вызывает электрический сигнал в клетке. Ученые показали, что, если перенести ген такого белка в другую клетку, ее тоже можно сделать чувствительной к свету.
Дейссерот перенес этот принцип на нервные клетки. В 2005 году его команда показала, что ген светочувствительного белка можно внедрить в нейроны и затем управлять их активностью при помощи световых импульсов. В последующих экспериментах метод удалось применять уже в мозге живых животных. Так возникла оптогенетика — сочетание генетических технологий и света для управления работой определенных клеток.
Зачем вообще включать и выключать нейроны
До появления оптогенетики исследователи могли, например, наблюдать, какие области мозга активируются при определенном поведении или стимулировать мозг электрическим током. Но электрическая стимуляция воздействует сразу на множество находящихся рядом клеток.
Оптогенетика дает гораздо более точный инструмент: можно сделать чувствительным к свету конкретный тип нейронов, включить или выключить именно их и посмотреть, что изменится. Исследователь получает возможность проверить причинно-следственную связь: активировать определенные клетки и посмотреть, вызовет ли это соответствующую реакцию.
При этом речь не идет о возможности просто посветить человеку на голову и управлять его мозгом. Чтобы оптогенетика работала, нужные клетки сначала необходимо генетически изменить, заставив их производить светочувствительный белок. Затем свет нужно доставить непосредственно к этим клеткам. В экспериментах на мозге животных для этого, например, используют тонкие оптические волокна.
Метод уже испытывают на людях
Одно из наиболее наглядных потенциальных применений оптогенетики — восстановление зрения. В 2021 году ученые описали в журнале Nature Medicine первый случай частичного восстановления зрительной функции у слепого пациента с помощью оптогенетической терапии. Мужчина страдал пигментным ретинитом — заболеванием, при котором постепенно погибают светочувствительные клетки сетчатки.
Исследователи ввели в один глаз пациента ген светочувствительного белка. Благодаря этому клетки сетчатки, которые в обычных условиях не воспринимают свет таким образом, получили способность реагировать на него.
Одной генетической терапии было недостаточно. Пациент использовал специальные очки с камерой, которые фиксировали окружающие предметы и преобразовывали изображение в световые импульсы, подходящие для стимуляции измененных клеток сетчатки.
После лечения мужчина смог замечать, находить, считать и касаться предметов, чего до терапии сделать не мог. Исследователи подчеркивали, что речь шла именно о частичном восстановлении зрительной функции, а не о возвращении нормального зрения. Nature называл эту работу первым успешным клиническим применением оптогенетики.