«Апостериори»: Нобелевскую премию по медицине присудили за способ управлять нейронами с помощью света

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2026 года получили Карл Дейссерот, Петер Хегеманн и Георг Нагель. Нобелевский комитет отметил их открытия в области светочувствительных ионных каналов и создание оптогенетики – метода, который позволяет управлять активностью нервных клеток с помощью света.

История этого метода началась с исследования одноклеточной зелёной водоросли Chlamydomonas reinhardtii. Она способна воспринимать свет и двигаться к его источнику. Петер Хегеманн пытался выяснить, каким образом одна клетка может настолько быстро реагировать на освещение.

В начале 2000-х годов Петер Хегеманн и Георг Нагель исследовали белки, участвующие в этом процессе. В 2002 году они вместе с коллегами описали канальный родопсин-1 (ChR1) – белок, встроенный в клеточную мембрану. Под действием света он открывает канал, через который проходят заряженные частицы – ионы. Год спустя исследователи подробно описали ещё один подобный белок – канальный родопсин-2 (ChR2).

При этом оказалось, что если перенести ген канального родопсина в другую клетку, она начинает производить такой же светочувствительный белок. В результате клеткой можно частично управлять с помощью света.

Особенно важным это открытие оказалось для нейронов. Работа нервной клетки основана на изменении электрического потенциала её мембраны. При открытии ионных каналов, движение заряженных частиц меняет этот потенциал, и нейрон может сформировать электрический импульс.

В 2005 году Карл Дейссерот и его коллеги, среди которых был и Георг Нагель, показали, что ген канального родопсина-2 можно внедрить в нейроны млекопитающих. После этого короткого импульса синего света было достаточно, чтобы вызвать электрический сигнал в нервной клетке. Причём момент её активации можно было контролировать с точностью до миллисекунд.

Так появилась оптогенетика – методика, использующая генетические инструменты для управления клетками с помощью света.

До её появления исследователи уже могли наблюдать, какие области мозга активны во время определённого поведения. Но совпадение ещё не доказывает причинно-следственную связь. Если группа нейронов активируется, например, когда животное испытывает страх, из этого ещё нельзя сделать вывод, что именно эти клетки вызывают соответствующую реакцию.

Оптогенетика позволяет поставить обратный эксперимент. Исследователи могут сделать светочувствительной только определённую группу нейронов, а затем усилить или подавить её активность и посмотреть, изменится ли поведение животного. Таким образом можно экспериментально устанавливать связь между работой конкретных нервных цепей и движением, памятью, сном, мотивацией или эмоциями. Эта возможность стала одним из главных преимуществ нового метода.

За два десятилетия оптогенетика стала одним из основных экспериментальных инструментов нейробиологии. С её помощью исследователи изучают нервные цепи, связанные с болезнью Паркинсона, эпилепсией, зависимостью, депрессией, шизофренией и другими неврологическими и психическими расстройствами. При этом сама оптогенетика пока используется прежде всего как исследовательский метод, а не способ лечения пациентов.

Однако существуют и первые попытки медицинского применения технологии. Одно из наиболее перспективных направлений связано с восстановлением зрения. При некоторых заболеваниях сетчатки погибают фоторецепторы – клетки, отвечающие за восприятие света. Исследователи пытаются с помощью генетической терапии заставить другие сохранившиеся клетки сетчатки производить светочувствительные белки и таким образом частично вернуть ей способность реагировать на свет. Клинические исследования уже показали, что подобный подход может частично восстановить зрительное восприятие у некоторых пациентов.

Другой возможный вариант применения – оптические кохлеарные импланты. Современные устройства стимулируют слуховой нерв электрическими импульсами, тогда как свет потенциально позволяет воздействовать на отдельные группы нервных клеток точнее. В будущем такой подход может повысить качество искусственного слуха.

Таким образом, открытие, начавшееся с попытки понять, почему одноклеточная водоросль движется к свету, привело к созданию технологии, которая позволяет экспериментально управлять отдельными элементами нервных цепей.

Нобелевский комитет отмечает, что оптогенетика фактически открыла новую эпоху в исследовании мозга. В дальнейшем использование этого метода может помочь точнее установить механизмы различных заболеваний мозга, а также определить, на какие нервные цепи следует воздействовать при разработке новых методов лечения.