Нобелевская премия по медицине 2026: технология управления нейронами с помощью света

Каролинский институт присудил Нобелевскую премию по медицине 2026 года трём учёным: Карлу Дейссероту из Стэнфордского университета, Петеру Хегеманну из берлинского университета имени Гумбольдта и Георгу Нагелю из Вюрцбургского университета. Их открытия привели к появлению оптогенетики — метода, позволяющего включать и выключать отдельные нервные клетки с помощью лучей света.

Председатель Нобелевского комитета по медицине Пер Свеннингссон отметил, что оптогенетика даёт возможность картировать мозг так, о чём раньше можно было только мечтать. Ни один другой метод не позволяет так точно изучать живой мозг, что помогает понять работу нервной системы и различные неврологические заболевания и расстройства.

От водоросли к нейронам

Основа открытия лежит в микробиологии. В конце прошлого века Хегеманн начал изучать, как одноклеточная водоросль Chlamydomonas воспринимает свет и реагирует на него. У неё есть «глазок» со светочувствительной молекулой ретиналем. С помощью крошечных электродов учёный выяснил, что электрический импульс возникает примерно через 0,5 миллисекунды после освещения — в 20 раз быстрее, чем в человеческом глазу, где процесс занимает не менее 10 миллисекунд.

В начале 1990-х он предположил, что в глазке есть белок, который и воспринимает свет, и служит ионным каналом. Тогда гипотеза вызвала споры, поскольку ни один известный канал сам по свету не реагировал. Выделить белки не удалось: вне естественной среды они становились нестабильными. Позже японские исследователи расшифровали полный геном водоросли, и команда Хегеманна нашла два гена-кандидата.

Нагель вводил каждый ген в лягушачьи яйцеклетки. Они вырабатывали белки, которые оказывались в клеточных мембранах и при освещении работали как ионные каналы. Гены получили названия channelrhodopsin-1 и channelrhodopsin-2. Второй, ChR2, оказался особенно быстрым: ионный поток начинался за 0,2 миллисекунды. Когда ген ввели в клетки млекопитающих, обычно не реагирующие на свет, они на освещение отвечали электрическим сигналом.

Управление нейронами

Нейроны общаются электрическими импульсами, в основе которых поток ионов, поэтому, управляя ионными каналами, можно управлять нейроном. Дейссерот искал способ переключать активность конкретных клеток в живом мозге, надеясь лучше понять его функции и найти новые подходы к лечению депрессии и шизофрении. Он получил от Нагеля последовательность ChR2 и ввёл её в нервные клетки крыс, растущие в чашках. При синем свете они сразу реагировали, передавая импульс другим нейронам. Этот результат 2005 года стал решающим.

Позднее трое учёных совместно искали белки, активирующие или подавляющие нейроны при разной длине волны света. Термин «оптогенетика» появился в 2006 году. По данным Нобелевской ассамблеи, метод помог выявить нейронные цепи, связанные с воспоминаниями, чувствами и поведением, а в клинике его пытаются применять для восстановления зрения.