Cercetătorii Karl Deisseroth, Peter Hegemann și Georg Nagel au fost laureați cu Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină, luni, pentru descoperirea metodelor de control al celulelor creierului prin intermediul luminii. Această realizare, bazată pe studiul canalelor ionice sensibile la lumină și a optogeneticii, permite activarea sau dezactivarea unor grupuri specifice de celule nervoase. Lucrarea lor transformă modul în care oamenii de știință pot investiga funcționarea sistemului nervos și a creierului.
Totul a început prin studiul unei alge minuscule, unicelulare, numită Chlamydomonas, de către Peter Hegemann de la Universitatea Humboldt din Berlin și Georg Nagel de la Universitatea din Würzburg. Aceștia au urmărit modul în care acest organism percepe lumina pentru a răspunde mediului înconjurător. Cercetătorii au identificat un mecanism ingenios bazat pe o singură proteină, numită canalrodopsină, care este integrată în membrana externă a celulei algelor și conține o moleculă numită retinaldehidă.
Procesul biologic funcționează prin faptul că lumina lovește retinaldehida, determinând proteina canalrodopsină să își schimbe forma și să deschidă un canal prin membrana celulară. Prin acest canal, particulele cu sarcină pozitivă, precum sodiul, curg din exteriorul algelor în interiorul celulei, trimitând un semnal care le ajută să înoate. Această mișcare a ionilor este esențială, deoarece celulele nervoase folosesc mișcarea particulelor încărcate prin membrane pentru a-și controla activitatea.
Karl Deisseroth, psihiatru și bioinginer la Universitatea Stanford din California, a colaborat la dezvoltarea tehnologiei optogenetice, care presupune introducerea genei pentru canalrodopsină în celulele nervoase studiate. De regulă, gena este transportată în celule de către un virus modificat care nu provoacă boli, astfel încât celulele să producă proteina fotosensibilă. La animalele de laborator, precum șoarecii, lumina este direcționată către creier printr-o fibră optică subțire pentru a activa celulele țintă.
Această metodă permite cercetătorilor să observe reacții specifice, cum ar fi amintirile sau mișcările, activând doar anumite grupuri de celule. În viitor, optogenetica ar putea deveni un tratament pentru afecțiuni neurologice, inclusiv pentru boala Parkinson sau epilepsie. În prezent, tehnologia este deja inclusă în studii clinice pentru persoanele cu degenerare retiniană, prin introducerea proteinelor fotosensibile în celulele nervoase ale retinei pentru a restabili parțial vederea.
Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină este acordat anual pentru cercetări care fac un pas major în înțelegerea mecanismelor biologice fundamentale. În cazul acestui premiu, recunoașterea a venit pentru modul în care o întrebare despre comportamentul unei alge a dus la o tehnologie revoluționară. Succesul optogeneticii demonstrează importanța cercetării fundamentale, care poate avea aplicații medicale și tehnologice imprevizibile la momentul descoperirii inițiale.