Нобеловата награда за физиологија или медицина за 2026 година се доделува за оптогенетиката – метод што овозможува да се прикаже како нервните клетки ги обликуваат сеќавањата, чувствата и однесувањето во живиот мозок. Петер Хегеман и Георг Нагел открија извонреден протеин, каналородопсин, кај едноклеточна алга. Карл Дајсерот го претвори овој протеин во прекинувач за нервни клетки управуван со светлина. Лауреатите ги поставија темелите на нова ера во невронауката.
Мозокот е мрежа во која милијарди нервни клетки непрекинато разменуваат електрични сигнали. Но, долго време невронауката имала еден фундаментален проблем: можела да набљудува што се случува во мозокот, но многу потешко можела прецизно да интервенира и да покаже која конкретна група неврони е одговорна за одредено чувство, сеќавање или однесување.
Научниците сонуваа за користење прекинувач за нервните клетки. © Нобелов комитет за физиологија или медицина. Илустрација: Матијас Карле
Идејата за таков „прекинувач“ ја замислувал уште Френсис Крик. Тој предложил дека идеалниот начин за контролирање на нервните клетки би била светлината – доволно брза за да ги следи милисекундните промени во нервната активност. Во тоа време идејата изгледала речиси нереално.
Патот до нејзината реализација започнал, изненадувачки, со една едноклеточна зелена алга – Chlamydomonas. Таа има способност да плива кон извор на светлина. Петер Хегеман се заинтересирал за механизмот што ѝ овозможува на алгата да реагира толку брзо. Мерењата покажале дека електричниот одговор се појавува само околу половина милисекунда по изложувањето на светлина.
Алгата Chlamydomonas ја чувствува светлината преку својата очна дамка. Кога светлината е доволно силна, таа плива кон изворот. © Нобелов комитет за физиологија или медицина. Илустрација: Матијас Карле
Тоа било премногу брзо за класичен биохемиски механизам со повеќе посредници. Хегеман затоа поставил смела хипотеза: можеби една единствена молекула истовремено ја прима светлината и го отвора јонскиот канал низ кој се создава електричниот сигнал.
На почетокот на новиот милениум, неговиот тим пронашол два гена одговорни за протеини слични на познатите светлосно чувствителни протеини. За да ја провери нивната функција, Хегеман се поврзал со Георг Нагел. Тој ги внел гените во јајце-клетки од жаба, кои почнале да ги произведуваат непознатите протеини на својата клеточна мембрана. Кога клетките биле осветлени, каналите се отворале и низ нив почнувале да минуваат јони, создавајќи електричен сигнал. Така биле откриени каналродопсин-1 и каналродопсин-2.
Кога Нагел и Хегеман ги внеле гените од *Chlamydomonas* во јајце-клетки од жаба, тие почнале да произведуваат протеини што формираат јонски канали, кои се позиционирале на површината на јајце-клетките. Кога истражувачите ги осветлиле јонските канали, тие се отвориле. Потоа, низ каналите потекле јони, создавајќи електричен сигнал. © Нобелов комитет за физиологија или медицина. Илустрација: Матијас Карле
Особено важен бил вториот протеин. Каналродопсинот-2 реагирал на светлина за само околу 0,2 милисекунди. Уште поважно, неговиот ген можел да се пренесе во други клетки и да ги направи чувствителни на светлина.
Тука во приказната влегува Карл Дајсерот, лекар и невронаучник кој сакал подобро да разбере што се случува во мозокот кај психијатриските нарушувања. Тој го добил генот за каналродопсин-2 и го внел во нервни клетки одгледувани во лабораторија. Кога ги осветлиле со сина светлина, клетките веднаш создале нервен сигнал. Во 2005 година овој резултат покажал дека со генетски внесен светлосен сензор нервната активност може да се контролира со милисекундна прецизност.
Дајсерот го внесе генот што го кодира каналородопсинот-2 во нервни клетки одгледувани во Петриева чинија, со што ги направи овие клетки чувствителни на светлина. Користејќи сина светлина, истражувачите успеаја да поттикнат брз нервен сигнал. © Нобелов комитет за физиологија или медицина. Илустрација: Матијас Карле
Следниот чекор бил уште посмел: да се направи истото во жив мозок. Во 2007 година, истражувачите внеле ген за каналродопсин-2 во точно определен тип нервни клетки кај глувци и со оптичко влакно ги осветлиле директно во мозокот. Со тоа можеле да предизвикаат движење на мустаќите, а со активирање на други неврони можеле контролирано да ги разбудат животните.
Но можеби највпечатливата демонстрација дошла подоцна. Во експерименти со глувци, Дајсерот и Сусуму Тонегава идентификувале нервни клетки поврзани со конкретно сеќавање. Кога повторно ги активирале тие клетки, животните покажале реакција на страв иако во тој момент немало опасност. Така оптогенетиката овозможила директно да се испитува физичката основа на меморијата.
Истражувачката група на Дајсерот го внесе генот за каналродопсин-2 во мозокот на живи глувци. Потоа, тие вметнаа тенко оптичко влакно во мозокот. Кога ги осветлија нервните клетки преку оптичкото влакно, се активираше нервен сигнал што предизвика движење на мустаќите. © Нобелов комитет за физиологија или медицина. Илустрација: Матијас Карле
Денес оптогенетиката им овозможува на научниците да ги раздвојуваат сложените нервни кола и да утврдат кои клетки учествуваат во болката, наградата, жедта, вниманието, социјалното однесување и други функции. Методот се применува и во истражувањето на депресијата, анксиозноста, шизофренијата, Алцхајмеровата и Паркинсоновата болест.
Приказната веќе излегува и од лабораторијата. Во клинички испитувања се истражува можноста оптогенетски пристапи да помогнат во враќањето на дел од видот кај лица со ретинитис пигментоза, а се разгледува и нивна примена за попрецизни кохлеарни импланти.
Од едноклеточна алга која се движи кон светлината до можноста човекот да го користи светлото за испитување на сопствениот мозок – патот траел децении. Но суштината на откритието е едноставна и моќна: невронауката конечно доби начин да не го набљудува само мозокот, туку и прецизно да го „притисне прекинувачот“ на неговите нервни кола.