Техника оптогенетики, позволяющая учёным управлять клетками мозга с помощью света, удостоена Нобелевской премии по медицине 2026 года.
Карл Дейсерот, Петер Хегеман и Георг Нагель стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии или медицине 2026 года за исследования светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики — метода, который закладывает основы «новой эры в нейронауке», — сообщила в понедельник Нобелевская ассамблея Каролинского института в своем объявлении (источник на английском языке).
РЕКЛАМА
РЕКЛАМА
Но что именно представляет собой оптогенетика и как лауреаты разработали эту технологию?
Оптогенетика — это метод управления избранными клетками при помощи света, который действует как дистанционный пульт. Он позволяет ученым включать и выключать клетки в живом мозге и изучать, как отдельные клетки и нейронные цепи влияют на поведение.
Сам термин «оптогенетика» появился в 2006 году, но история этой технологии началась более чем за десятилетие до этого, когда Петер Хегеман изучал одноклеточную водоросль хламидомонаду — организм, известный тем, что «плывет» к источнику света.
Хегеман хотел понять, что заставляет водоросли двигаться к свету. Он исследовал глазок — крошечное оранжевое пятнышко на поверхности клетки, которое улавливает свет. В серии экспериментов Хегеман и его коллеги идентифицировали светочувствительные белки каналродопсины, которые позволяют водорослям обнаруживать свет и реагировать на него.
Совместно с Георгом Нагелем из Института биофизики Общества Макса Планка во Франкфурте-на-Майне он внедрил гены этих водорослей в клетки икры лягушки и клетки человеческой почки и доказал, что каналродопсин действительно является светоуправляемым ионным каналом.
При воздействии синего света канал открывался всего за 0,2 миллисекунды, пропуская в клетку положительно заряженные ионы и вызывая крошечный электрический импульс.
Спустя несколько лет третий лауреат, Карл Дейсерот, ввел ген каналродопсина в нервные клетки крысы. Освечивая эти клетки синим светом, ученые смогли запускать нервные сигналы, показав, что белок может работать как светоуправляемый переключатель. Затем он использовал эту методику, чтобы управлять нервными клетками в мозге живых мышей.
Например, ученые могли вызывать движения усиков у мыши или будить спящих животных просто, включая свет.
Что сулит это открытие?
Открытие «дает возможность картировать мозг так, как мы раньше могли лишь мечтать», — говорится в комментарии председателя Нобелевского комитета по физиологии или медицине Пера Свеннингссона, опубликованном в пресс-релизе.
Сегодня оптогенетика используется главным образом как исследовательский инструмент. Позволяя ученым отключать и включать определенные типы клеток с помощью световых импульсов, она дает возможность напрямую устанавливать причинно-следственные связи между нейронной активностью, работой мозга и поведением.
Метод позволяет составлять карты нейронов, вовлеченных в такие эмоциональные состояния, как страх, тревога или чувство награды. Исследователи могут также картировать конкретные нейронные цепи, которые регулируют боль, жажду, внимание или агрессию.
Оптогенетика широко применяется и в исследованиях неврологических и психических заболеваний, таких как депрессия, шизофрения, тревожные расстройства, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и эпилепсия.
Эта область науки уже дошла до клинических испытаний по лечению ретинита пигментного — наследственного заболевания, приводящего к слепоте из-за потери светочувствительных клеток сетчатки.
Вводя в сохранившиеся клетки сетчатки гены светочувствительных опсинов, исследователи добились того, что слепой пациент, носящий очки с источниками света, смог частично восстановить зрение и различать высококонтрастные объекты.