Нобелевская премия по физиологии и медицине 2026 года отмечает не одно отдельное открытие, а последовательность исследований, которая началась с изучения реакции водорослей на свет и в итоге привела к созданию инструмента для управления активностью нейронов. Оптогенетика дала ученым возможность гораздо точнее исследовать механизмы работы мозга и стала одним из ключевых методов современной нейробиологии, пишет BBC.
Напомним, что Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2026 года получили американский нейробиолог Карл Дейссерот и немецкие ученые Петер Хегеманн и Георг Нагель. Нобелевский комитет отметил их открытия в области светочувствительных ионных каналов и оптогенетики — метода, который позволил ученым управлять активностью отдельных нервных клеток с помощью света.
Разработка оптогенетики стала важным этапом в исследовании мозга. Метод дает возможность не просто наблюдать за работой нейронов, а избирательно включать или подавлять их активность непосредственно в живой нервной системе. Благодаря этому исследователи получили новый инструмент для изучения того, как формируются воспоминания, эмоции и поведение, а также какие нейронные цепи могут быть связаны с неврологическими и психическими заболеваниями.
От водорослей к управлению нейронами
Еще в XX веке ученые пытались установить, какие участки мозга отвечают за различные функции организма. Однако существовавшие методы в основном позволяли обнаруживать связь между активностью определенных областей мозга и поведением, но не всегда давали возможность доказать причинно-следственную связь.
Ситуация изменилась благодаря исследованиям светочувствительных белков, обнаруженных у одноклеточных организмов.
Петер Хегеманн изучал одноклеточную зеленую водоросль *Chlamydomonas*, которая способна двигаться в сторону источника света. Ученого заинтересовало, каким образом организм воспринимает свет и превращает этот сигнал в движение.
В начале 2000-х годов Хегеманн вместе с Георгом Нагелем исследовал особый белок, получивший название каналродопсин. Он расположен в клеточной мембране и выполняет функцию светочувствительного ионного канала.
Когда на белок воздействует синий свет, канал открывается, и через него внутрь клетки начинают проходить заряженные частицы — ионы. Это меняет электрическое состояние клетки и позволяет передавать сигнал.
Исследователи обнаружили принципиально важное свойство каналродопсина: если перенести соответствующий ген в другую клетку, она также приобретает способность реагировать на свет. Это открывало возможность использовать светочувствительные белки не только для изучения водорослей, но и для управления клетками других типов.
Как свет научился включать нейроны
Следующий решающий шаг сделал Карл Дейссерот. Его команда перенесла ген каналродопсина в нервные клетки крыс.
В 2005 году ученые показали, что воздействие синего света на такие нейроны способно запускать нервный сигнал. Иными словами, исследователи получили возможность управлять электрической активностью нервных клеток, используя свет вместо традиционной электрической или химической стимуляции.
В 2007 году Дейссероту удалось продемонстрировать работу этого подхода непосредственно в мозге живых мышей.
Так сформировалась оптогенетика — технология, объединяющая генетические методы и воздействие светом для управления активностью определенных клеток.
Главное преимущество метода заключается в высокой точности. Исследователь может воздействовать на конкретную популяцию нейронов и практически в реальном времени наблюдать, как изменение их активности влияет на поведение животного.
Почему оптогенетика изменила нейробиологию
Для понимания работы мозга недостаточно знать, какие нейроны активны в определенный момент. Необходимо установить, какую именно роль играет их активность.
Оптогенетика позволила приблизиться к ответу на этот вопрос. С ее помощью ученые смогли исследовать нейронные цепи, связанные с формированием определенных воспоминаний, эмоциональных реакций и моделей поведения.
Метод применяется при изучении механизмов различных неврологических и психических расстройств. Он помогает исследовать процессы, связанные, например, с нарушениями памяти, зависимостью и изменениями эмоционального поведения.
По сути, оптогенетика превратила мозг из системы, которую ученые в основном могли наблюдать, в систему, отдельные элементы которой можно было контролируемо включать и выключать.
Председатель Нобелевского комитета по физиологии и медицине Пер Свеннингссон отметил, что оптогенетика открыла возможности для картирования мозга, о которых исследователи прежде могли только мечтать. По его словам, технология коренным образом изменила представления ученых о работе мозга.
От лабораторного инструмента к потенциальному лечению
Сегодня оптогенетика остается прежде всего исследовательским методом, однако ученые изучают и возможности ее применения в медицине.
Одно из направлений — восстановление зрения у людей с тяжелыми нарушениями зрения. Исследователи пытаются использовать светочувствительные белки, чтобы сделать определенные клетки сетчатки способными реагировать на свет и тем самым частично восстановить передачу зрительной информации.
При этом оптогенетика пока не стала универсальным способом лечения заболеваний нервной системы. Для ее клинического применения необходимо решить целый ряд технических и биологических задач, включая безопасную доставку генов, точное воздействие на нужные клетки и обеспечение контролируемой стимуляции.
Тем не менее сам принцип уже изменил экспериментальную нейробиологию. Ученые получили возможность проверять причинно-следственные связи непосредственно в работающем мозге: не просто фиксировать, что определенная группа нейронов активна во время какого-либо поведения, а временно включать или выключать эти клетки и смотреть, как меняется результат.
Кто получил Нобелевскую премию
Карл Дейссерот родился в 1971 году в Бостоне. В 1998 году он получил степень PhD, а в 2000 году — степень доктора медицины в Стэнфордском университете. Он работает профессором биоинженерии, психиатрии и поведенческих наук в Стэнфорде и является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза.
Петер Хегеманн родился в 1954 году в Мюнстере. В 1984 году он защитил докторскую диссертацию в Институте биохимии имени Макса Планка в Мартинсриде. В настоящее время он является старшим профессором нейробиологии в Университете имени Гумбольдта в Берлине.
Георг Нагель родился в 1953 году в Вайнгартене. В 1988 году он получил докторскую степень во Франкфуртском университете. Нагель — профессор молекулярной физиологии растений и биофизики в Университете Вюрцбурга.
Их исследования, связанные с открытиями, отмеченными Нобелевской премией, были выполнены в Институте биохимии имени Макса Планка в Мартинсриде.
Следите за NEWS.am Medicine на Facebook и Twitter