Laureatów medycznego Nobla 2026 poznaliśmy w poniedziałek, 5 października. Nagrodę w dziedzinie medycyny lub fizjologii zdobyli Karl Deisseroth, Peter Hegemann i Georg Nagel za prace w dziedzinie kanałów jonowych sterowanych światłem i optogenetyki.
WIDEO…
Odkrycie dzięki glonom
Optogenetykę wynaleziono w roku 2005. Na jej trop uczeni wpadli, badając... jednokomórkowe glony. Odkryli u nich wrażliwe na światło białko, które tworzyło jednocześnie kanał w błonie komórkowej. Pod wpływem promieni świetlnych otwierał się on, wpuszczając do środka komórki naładowane dodatnio cząsteczki (to tzw. kationy).
Uczeni znaleźli gen, który koduje to światłoczułe białko i przeszczepili go komórkom nerwowym. Wtedy się zaczęło. Wystarczyło bowiem skierować na tak zmodyfikowany neuron wiązkę światła, a natychmiast wzbudzał się on i przekazywał sygnał dalej.
Sterowanie mózgiem za pomocą światła
Dzisiaj optogenetyka króluje w laboratoriach neurobiologicznych. Za jej pomocą uczeni modyfikują często mózgi myszy. Niekiedy zmieniają geny gryzoni już na etapie zarodka. Częściej jednak dorosłe myszy infekują wirusami, które przenoszą geny kodujące światłoczułe białka. W obu przypadkach efektem manipulacji są neurony, którymi można sterować. W ten sposób można próbować odmłodzić mózg albo badać współodczuwanie strachu.
Do czego jeszcze się to przydaje? U myszy udało się w ten sposób m.in. odwrócić powiązania emocjonalne wspomnień przykrych na miłe. Zapis samego zdarzenia pozostawał przy tym bez zmian. Modyfikacji ulegały jedynie emocje, jakie budziło jego przywoływanie. To tak, jak gdyby u ludzi wspomnienie pijanego bandyty z nożem w ręku zamiast wzbudzać strach powodowało rozmarzenie.
Nadzieja dla pacjentów
Naukowcy liczą na to, że właśnie optogenetyka przyniesie ratunek ludziom chorym na nieuleczalne choroby układu nerwowego – przede wszystkim mózgu. Zmiana skojarzeń emocjonalnych wspomnień bardzo pomogłaby ludziom zmagającym się z traumatycznymi zdarzeniami z przeszłości. Nocne lęki, napady paniki czy depresja zniknęłyby po takiej modyfikacji mózgu.
Zdaniem części badaczy najbliższe praktyce jest blokowanie odczucia przewlekłego bólu oraz łagodzenie zbyt silnego napięcia mięśniowego. Inni postulują, by za pomocą światła leczyć retinopatię barwnikową – rzadką postać, uwarunkowanej genetycznie degeneracji siatkówki prowadzącą do ślepoty. Myszom cierpiącym na tę chorobę już udało się przywrócić wzrok poprzez wszczepianie światłoczułych białek w komórki siatkówki.
Stymulacja światłem pomaga też gryzoniom uzależnionym od kokainy przetrwać okres odstawienia narkotyku. Najwięcej nadziei budzi jednak leczenie choroby Parkinsona. Uczeni potrafią nie tylko wywołać objawy tej choroby u gryzoni, ale również złagodzić je. Gdyby udało się tak samo zmodyfikować mózgi ludzi, doprowadziłoby to do prawdziwej rewolucji w medycynie.
Kim są laureaci?
Karl Deisseroth
Dr med. Karl Deisseroth urodził się 18 listopada 1971 roku w Bostonie, w stanie Massachusetts (USA). Jest psychiatrą, neurobiologiem i bioinżynierem. Edukację akademicką rozpoczął na Harvardzie, następnie przeniósł się na Uniwersytet Stanforda. Tam w 1998 r. obronił doktorat, a w 2000 r. uzyskał dyplom lekarza. Specjalizację z psychiatrii również odbył na Stanfordzie i od początku łączył pracę naukową z kliniczną.
Pracuje naukowo na Stanfordzie, jest również związany z Howard Hughes Medical Institute. Nadal przyjmuje pacjentów, m.in. z depresją i zaburzeniami ze spektrum autyzmu. To właśnie pytanie, jak działają obwody mózgu w chorobach psychicznych, skłoniło go do poszukiwania narzędzia, które pozwoliłoby sterować wybranymi neuronami w żywym mózgu.
Jego zespół, we współpracy z Nagelem i Bambergiem, wprowadził gen wyizolowany z glonów do neuronów za pomocą nieszkodliwego wirusa. Prace te stały się podstawą optogenetyki – nazwę dziedzinie nadał sam Deisseroth. Opracował też technikę CLARITY, która czyni tkankę mózgową przezroczystą, oraz wiele narzędzi do obrazowania i badania aktywności neuronów. Jest laureatem niemal wszystkich najważniejszych nagród biomedycznych. Wśród nich są Kyoto Prize (2018), Lasker Award (2021, wspólnie z Hegemannem i Oesterheltem) oraz Warren Alpert Foundation Prize (2019).
Peter Hegemann
Dr Peter Hegemann urodził się 12 grudnia 1954 r. w Münster w Niemczech. Jest biofizykiem i neurobiologiem, zajmującym się światłoczułymi białkami. Doktorat uzyskał w 1984 r. w Instytucie Biochemii Maksa Plancka w Martinsried, pod kierunkiem Dietera Oesterhelta, odkrywcy bakteriorodopsyny. Później kierował własnym zespołem badawczym i przez lata pracował na Uniwersytecie w Ratyzbonie. Od 2005 r. jest związany z Uniwersytetem Humboldtów w Berlinie. Piastuje stanowisko profesora seniora neurobiologii finansowane przez Fundację Hertie.
Przez dekady badał jednokomórkową zielenicę Chlamydomonas reinhardtii. Wysunął hipotezę, że ma ona białka, które po oświetleniu otwierają kanał w błonie komórkowej. Wspólnie z Georgiem Nagelem i Ernstem Bambergiem z Instytutu Biofizyki Maxa Plancka we Frankfurcie wprowadził gen tego białka do jaj żaby i potwierdził, że działa ono jako kanał otwierany światłem. Tak odkryto channelrodopsyny.
Hegemann konsekwentnie rozwijał to odkrycie. Jego laboratorium opisało kolejne warianty channelrodopsyn i opracowało ich zmodyfikowane wersje, które są dziś podstawowymi narzędziami optogenetyki. Za swoje prace otrzymał m.in. Harvey Prize (2016, wspólnie z Deisserothem), Warren Alpert Foundation Prize (2019) i Lasker Award (2021).
Georg Nagel
Georg Nagel urodził się 24 sierpnia 1953 r. w Weingarten w Badenii-Wirtembergii. Jest biofizykiem i fizjologiem roślin. Studiował biologię i biofizykę na Uniwersytecie w Konstancji, a badania do pracy doktorskiej prowadził w Instytucie Biofizyki Maksa Plancka we Frankfurcie nad Menem. Po studiach przez kilka lat uczył w szkole średniej w Szwajcarii, po czym wrócił do nauki i w 1988 r. obronił doktorat z biologii i biofizyki na Uniwersytecie we Frankfurcie. Następnie odbył staże podoktorskie w USA, na Uniwersytecie Yale i Uniwersytecie Rockefellera.
W 1992 r. wrócił do Niemiec jako kierownik grupy badawczej w Oddziale Chemii Biofizycznej Instytutu Biofizyki Maksa Plancka, kierowanego przez Ernsta Bamberga. Pracował tam do 2004 r. Był już wtedy cenionym elektrofizjologiem, który badał transport jonów przez błony komórkowe. Zajmował się m.in. regulacją białka CFTR, którego wada powoduje mukowiscydozę.
Umiejętność precyzyjnego mierzenia prądów jonowych okazała się kluczowa dla odkrycia nagrodzonego Noblem. Hegemann, współpracując z Nagelem i Bambergiem, wprowadził gen światłoczułego białka do jaj żaby i zbadał jego właściwości elektryczne. Okazało się, że białko działa jak kanał otwierany światłem.
Od 2004 r. jest profesorem na Uniwersytecie w Würzburgu, początkowo w Instytucie Molekularnej Fizjologii Roślin i Biofizyki, a od 2019 r. w Instytucie Fizjologii, w Oddziale Neurofizjologii. Jest laureatem m.in. Nagrody Louisa-Jeanteta (2013), Brain Prize (2013), Rumford Prize (2019) i Shaw Prize (2020).
Źródła: Nobelprize.org, archiwum NG
