Како една алга што чувствува светлина доведе до овогодишната Нобелова награда за физиологија или медицина?

Нобеловото собрание при Институтот Каролинска одлучи да ја додели Нобеловата награда за физиологија или медицина за 2026 година на Карл Дајсерот, Петер Хегеман и Георг Нагел „за нивните откритија поврзани со јонските канали управувани од светлина и оптогенетиката“.

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 нервните клетки што се контролира со светлина. Лауреатите ги поставија темелите на нова ера во невронауката.

Користејќи ја оптогенетиката, истражувачите успеаја да ги откријат невронските кола што управуваат со одредени сеќавања, чувства и однесувања, кои се важни за невролошките и психијатриските нарушувања. Во клиничката медицина, истражувачите го користат овој метод во обидите да го вратат видот кај луѓето со оштетен вид.

Оптогенетиката фундаментално го промени нашето разбирање за мозокот. Секој ден носи нови откритија, помагајќи да се реши една од големите мистерии на човештвото: како функционира нашиот неверојатен мозок.

Што открија годинешните лауреати?

Разбирањето на тоа како мозокот создава спомени, чувства и однесувања долго време беше сон на истражувачите. Карл Дајсерот, Петер Хегеман и Георг Нагел ја добија Нобеловата награда за физиологија или медицина за 2026 година за откритија што доведоа до оптогенетиката – метод што овозможува вклучување или исклучување на активноста на поединечни нервни клетки во жив мозок. Овој метод сега се користи во лаборатории ширум светот за откривање на тајните на мозокот.

Благодарение на оптогенетиката, истражувачите сега можат точно да откријат кои од нервните клетки во сложените мрежи ги контролираат различните мозочни функции. На пример, тие идентификуваа невронски кола што управуваат со чувството на болка, социјалното однесување, жедта, внесот на храна, чувството на награда и вниманието. Исто така, открија нервни клетки одговорни за разновидни функции, од контрола на деноноќниот (циркадијален) ритам до предизвикување треска при активирање на имунолошкиот систем.

Оптогенетиката може да се користи и за мапирање на нервниот систем и клеточните функции надвор од мозокот. Дајсерот покажа дека срцевиот ритам може да влијае на нашите емоции; доколку срцето е принудено да работи понапорно, тоа може да ги засили чувствата на анксиозност. Други истражувачи идентификуваа специфични клетки во цревата кои можат да објаснат зошто некои луѓе повеќе сакаат да консумираат шеќер отколку засладувачи – ова се само неколку од многуте примери.

Надежта дека знаењето стекнато преку оптогенетиката ќе доведе до нови медицински третмани почнува да се остварува. Методот овозможи подобро разбирање на карактеристиките на психијатриските и невролошките нарушувања, како што се депресијата, анксиозноста, шизофренијата, Алцхајмеровата болест и Паркинсоновата болест.

Карл Дајсерот, Петер Хегеман и Георг Нагел ја добија Нобеловата награда за физиологија или медицина за 2026 година за нивните откритија што доведоа до создавање на исклучително моќна алатка која ја трансформираше невронауката. Оптогенетиката продолжува да ги открива тајните на една од најголемите мистерии на човештвото: како функционира мозокот.

Откритието на Хегеман

Во раните 90-ти години на минатиот век, Петер Хегеман – добитник на наградата за медицина – си поставил едноставно прашање: Како едноклеточната алга *Chlamydomonas* може толку брзо да реагира на светлина?

*Chlamydomonas* е позната по својата способност да плива кон светлината. Кога истражувачите ќе ја измешаат оваа зелена алга во Петриева чинија, течноста добива бледозелена боја. Ако потоа ја осветлат едната страна од садот, зелената боја се поместува кон изворот на светлина, бидејќи микроскопските алги пливаат кон него (види слика). Алгите ја чувствуваат светлината преку „очна дамка“ (eyespot) – ситна портокалова точка на површината на клетката која содржи молекула што ја апсорбира светлината, наречена ретинал.

Хегеман ја проучувал очната дамка на алгата. Користејќи минијатурни електроди, тој ги мерел електричните сигнали што се појавувале во *Chlamydomonas* кога очната дамка била осветлена. Алгите реагирале неверојатно брзо. Само половина милисекунда откако светлината стигнала до очната дамка, се појавувал електричен импулс.

Во споредба со другите биолошки системи познати на истражувачите во тоа време, ова било исклучително брзо. На пример, светлината што допира до човечкото око предизвикува сложена хемиска верижна реакција која вклучува многу различни чекори. Последниот протеин во овој синџир – јонски канал – создава отвор на површината на клетката низ кој можат да минуваат наелектризирани јони, создавајќи електричен сигнал. Целиот процес трае најмалку 10 милисекунди. Па, како е можно одговорот на светлина кај *Chlamydomonas* да биде повеќе од дваесет пати побрз отколку во нашите очи?

Хегеман можел да смисли само едно објаснување за овој ултрабрз одговор: процесот мора да биде многу поедноставен кај *Chlamydomonas* отколку во човечкото око. Во раните 90-ти години, тој ја формулирал хипотезата дека еден единствен протеински комплекс истовремено ја апсорбира светлината и делува како јонски канал. Сепак, неговиот предлог наишол на скептицизам. Во тоа време, истражувачите знаеле за многу различни видови јонски канали, но ниту еден од нив не можел самостојно да реагира на светлина.

Овогодишниот добитник на Нобеловата награда, Карл Дајсерот, успешно активираше нервни клетки во мозокот на живи глувци
Неговата истражувачка група го внесе генот за каналородопсин-2 во одреден тип на нервни клетки во моторниот кортекс – областа од мозокот што управува со движењето. Потоа, тие ги осветлија нервните клетки со тенко оптичко влакно, кое го внесоа во мозокот преку мал отвор во черепот. Ова им овозможи да ги контролираат движењата на мустаќите на глувчето.
Истата година, работејќи со други истражувачи, Дајсерот ја искористи оптогенетиката за контролирано будење на глувци што спиеле. Истражувачката група го внесе каналородопсинот-2 во неодамна откриен тип на нервни клетки, за кои претпоставуваа дека ја контролираат будноста. Кога ги осветлија нервните клетки, глувците се разбудија, со што се потврди хипотезата.

Уште едно значајно дело од почетоците на оптогенетиката беше објавено во 2012 година. Заедно со Сусуму Тонегава (добитник на Нобеловата награда во 1987 година за откритија во имунологијата), Дајсерот успешно активираше енграм – специфичниот образец на невронски патишта што се формира при создавањето на сеќавање. Истражувачите ги проучуваа мозоците на глувците додека тие доживуваа страв и забележаа кои нервни клетки го формираат сеќавањето за тоа искуство. Кога подоцна повторно ги активираа овие нервни клетки, глувците покажаа знаци на страв, иако во тој момент не биле во опасност. Ова беше првиот експеримент во кој истражувачите можеа точно да покажат кои нервни клетки се неопходни за одредено сеќавање.

Нагел ја потврдил хипотезата на Хегеман

Добитникот на Нобеловата награда, Нагел, користел јајце-клетки од жаби за проучување на протеини. Тој поединечно вбризгувал копии од два гена на *Chlamydomonas* во различни групи јајце-клетки од жаби, кои потоа започнале масовно да произведуваат два непознати протеина. Протеините се наоѓале на површината на јајце-клетките, во околната мембрана. Нагел потоа можел да го истражува нивното функционирање и брзо открил дека хипотезата поставена од Хегеман една деценија претходно била точна: новооткриените протеини биле јонски канали што се отворале кога биле изложени на светлина.

Овие протеини биле наречени каналродопсин-1 и каналродопсин-2. Ќе го оставиме настрана првиот од нив и ќе се фокусираме на вториот, кој го отворил патот кон оптогенетиката.

Исто како и во експериментот на Хегеман, карактеризацијата на каналродопсин-2 од страна на Нагел покажала дека тој реагира исклучително силно и брзо на светлосен импулс. Канал низ површината на јајце-клетката од жаба се отворал во рок од 0,2 милисекунди. Потоа, позитивно наелектризирани јони течеле низ каналот, создавајќи електричен сигнал.

Хегеман и Нагел сфатиле дека направиле револуционерно откритие. Тие го тестирале внесувањето на генот за каналродопсин-2 во ембрионални клетки од човечки бубрег и во клетки од бубрег на хрчак. Клетките станале чувствителни на светлина: кога биле изложени на светлина, тие создавале електричен сигнал.

Во 2003 година, Хегеман и Нагел ги објавиле резултатите од својот експеримент. Тие предложиле дека каналродопсин-2 би можел да се користи како моќна алатка за создавање електрични импулси во клетките со помош на светлина.