Открытия Карла Дайссерота, Питера Хегеманна и Георга Нагеля позволили ученым управлять активностью нервных клеток с помощью света. Метод, выросший из исследований одноклеточных водорослей, изменил изучение мозга и открыл новые направления поиска методов лечения.
5 октября в Стокгольме объявили лауреатов Нобелевской премии по физиологии или медицине 2026 года. Награду разделили американский исследователь Карл Дайссерот и немецкие ученые Питер Хегеманн и Георг Нагель — за открытия, касающиеся светоактивируемых ионных каналов и оптогенетики.
За сложным научным названием стоит возможность, которая еще недавно казалась почти фантастической: воздействовать светом на выбранные нервные клетки и выяснять, как их работа связана с поведением, эмоциями и памятью.
«Оптогенетика открывает возможности для картирования мозга, о которых прежде мы могли только мечтать», — заявил председатель Нобелевского комитета по физиологии или медицине Пер Свеннингссон.
История этого прорыва началась с вопроса о простейшем организме. Питера Хегеманна заинтересовало, каким образом одноклеточная водоросль хламидомонада чувствует свет и движется к нему. Вместе с Георгом Нагелем он исследовал белок каналородопсин. Под воздействием света в нем открывается канал, пропускающий заряженные частицы через клеточную мембрану.
Особенно значимым оказалось следующее наблюдение: при переносе этого белка в другие клетки они тоже приобретали светочувствительность. Природный механизм водоросли стал основой нового исследовательского инструмента.
Карл Дайссерот применил этот принцип к нервным клеткам. Введя ген каналородопсина в нейроны крыс, исследователь смог вызывать нервный сигнал с помощью синего света. Результаты были опубликованы в 2005 году. Два года спустя световое управление удалось реализовать в мозге живых мышей.
Чтобы понять значение метода, достаточно представить главную трудность исследования мозга. Ученые могут наблюдать, какие клетки активны во время определенного действия. Однако совпадение активности и поведения само по себе еще не доказывает, что именно эти клетки вызывают наблюдаемый эффект.
Оптогенетика позволяет проверить такую связь экспериментально: изменить активность выбранной группы нейронов и посмотреть, что произойдет. По объяснению Стэнфордского университета, электрическая стимуляция может затрагивать соседние клетки, а действие лекарственных веществ трудно быстро включать и прекращать. Светочувствительные белки дали исследователям значительно более точный инструмент воздействия.
При этом речь идет о специально подготовленных клетках и точной доставке света. В экспериментах на животных для воздействия на глубокие структуры мозга используются, в частности, тонкие оптические волокна. Направить обычный свет на голову и получить аналогичный результат невозможно.
Метод уже помог изучать нервные цепи, связанные с двигательными нарушениями, депрессивными проявлениями и социальным поведением у животных. Как сообщает Стэнфорд, в исследованиях на мышах ученым удавалось изменять симптомы, воздействуя на определенные нейронные цепи. Такие результаты помогают искать мишени для будущих терапий, но сами по себе еще не означают появления готового лечения для человека.
Один из наиболее наглядных примеров клинического применения связан со зрением. В 2021 году журнал Nature Medicine опубликовал исследование о частичном восстановлении зрительной функции у пациента с пигментным ретинитом. Авторы объединили введение генетической конструкции, обеспечивающей светочувствительность клеток сетчатки, со специальными очками, передающими световые сигналы.
Это был результат у одного пациента и именно частичное восстановление функции. Тем не менее работа показала, что оптогенетические подходы способны выйти за пределы лабораторных экспериментов и стать предметом клинических исследований.
История оптогенетики показывает, насколько непредсказуемым бывает путь научного открытия. Исследование того, как водоросль движется к свету, на старте трудно было бы оценить по количеству будущих медицинских технологий. Практическое значение стало очевидным благодаря многолетней работе и взаимодействию биологии, генетики, физики и медицины.
Нобелевское признание оптогенетики напоминает: поддержка фундаментальной науки — это возможность получить ответы на вопросы, которые сегодня еще невозможно сформулировать в виде готового коммерческого проекта. А дорога к пониманию человеческого мозга иногда начинается с наблюдения за жизнью одной маленькой клетки.
