Нобелевскую премию по медицине 2026 года дали за световой выключатель для нейронов

В XX веке учёные выяснили, какие области мозга связаны с какими функциями. Доказать, что определённый тип нервных клеток вызывает определённое чувство или поступок, они не могли: электроды и лекарства действовали на тысячи клеток разом. Нобелевский комитет сравнивает получившуюся карту мозга с размытой фотографией. 5 октября Нобелевская ассамблея Каролинского института назвала лауреатов, чьи открытия сделали её резче.

Премию по физиологии и медицине 2026 года разделят Карл Дайссерот (Медицинский институт Говарда Хьюза и Стэнфордский университет, США), Петер Хегеманн (Университет Гумбольдта, Берлин) и Георг Нагель (Вюрцбургский университет, Германия). Формулировка комитета — «за открытия в области светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики». Сумма премии — 12 миллионов шведских крон, поровну на троих.

Водоросль, которая плывёт к свету

История началась в начале 1990-х в Институте биохимии Общества Макса Планка в Мартинсриде. Петер Хегеманн изучал хламидомонаду — одноклеточную зелёную водоросль, которая плывёт к источнику света. Свет она улавливает «глазком», крошечным оранжевым пятном на поверхности клетки. Хегеманн измерил электрические сигналы водоросли: импульс возникал через полмиллисекунды после того, как свет попадал на глазок. В человеческом глазу путь от света до сигнала идёт через цепочку химических реакций и занимает не меньше 10 миллисекунд, в двадцать раз дольше.

Хегеманн предположил, что у водоросли всё устроено проще: один белок и ловит свет, и сам служит ионным каналом, то есть порой в оболочке клетки, через которую проходят заряженные частицы. Гипотезу встретили скептически: ни один известный канал не реагировал на свет сам по себе. Выделить белок годами не удавалось, вне клетки белки глазка разрушались. Около 2000 года японские исследователи расшифровали ДНК хламидомонады, и группа Хегеманна нашла в ней два гена, похожих на гены известных светочувствительных белков.

Лягушачьи икринки и первый выключатель

Проверить гены Хегеманн попросил Георга Нагеля из Института биофизики Общества Макса Планка во Франкфурте. Нагель ввёл их в икринки лягушки, икринки начали производить неизвестные белки, и те оказались на поверхности клеток. Под светом в них открывался канал, ионы шли внутрь, возникал электрический сигнал. У второго белка, канального родопсина-2, канал открывался за 0,2 миллисекунды.

Затем исследователи ввели ген в клетки почек человека и хомяка, и те тоже стали отвечать на свет. В 2003 году Хегеманн и Нагель опубликовали результат и предложили использовать белок как инструмент: светом запускать электрические импульсы в клетках.

Психиатр, которому не хватало лечения

Карл Дайссерот в 1990-х учился на медицинском и думал стать нейрохирургом, но часть практики проходил в психиатрической клинике. По словам комитета, его поразили страдания пациентов и вопрос, почему мозг у разных людей работает так по-разному: почему при депрессии трудно чувствовать радость, откуда берётся бред при шизофрении. Лечение, которое он мог предложить, редко помогало и часто давало тяжёлые побочные эффекты. Чтобы понять болезни, нужно было изучать нейроны в живом мозге, а не в тонких срезах.

Узнав о канальном родопсине-2, Дайссерот написал Нагелю и попросил ДНК. В 2005 году его группа сообщила, что крысиные нейроны в чашке Петри производят белок без видимого вреда и отвечают на вспышку синего света нервным импульсом. В 2006 году метод получил название «оптогенетика». В 2007-м группа ввела ген в определённый тип клеток двигательной коры живых мышей и через тонкое оптоволокно, проведённое в мозг через маленькое отверстие в черепе, заставляла шевелиться их усы. В том же году вместе с коллегами Дайссерот светом будил спящих мышей, включая клетки, которые, как предполагалось, управляют бодрствованием.

Что метод дал науке о поведении

В 2012 году вместе с Сусуму Тонегавой Дайссерот активировал энграмму — группу нейронов, в которой хранится конкретное воспоминание. Мыши пережили испуг, исследователи отметили клетки, связанные с этим опытом, и позже снова включили их светом. Мыши проявляли страх, хотя опасности не было. Это был первый эксперимент, показавший, какие именно клетки нужны для конкретного воспоминания.

С тех пор оптогенетика помогла найти нейронные цепи боли, социального поведения, жажды, питания, вознаграждения и внимания. Оказалось, что даже забота мыши о потомстве складывается из отдельных цепей: одна отвечает за то, чтобы собрать детёнышей в гнездо, другая — за вылизывание. Дайссерот показал и связь тела с эмоциями: если заставить сердце работать интенсивнее, тревога усиливается. По оценке комитета, метод углубил понимание депрессии, тревожных расстройств, шизофрении, болезней Альцгеймера и Паркинсона.

Первые шаги в клинику

Лечить оптогенетикой пока только пробуют. В клинических испытаниях белок, похожий на канальный родопсин, вводят в сетчатку людей, ослепших из-за пигментного ретинита — болезни, которая разрушает палочки и колбочки глаза. Один такой пациент частично вернул зрение: в специальных очках, излучающих свет, он различал предметы на столе и брал их. Есть надежда сделать точнее и кохлеарные импланты, если заменить электрическую стимуляцию слухового нерва световой.

Для тех, кто работает с людьми, а не с нейронами, премия напоминает, откуда берутся популярные фразы вроде «за страх отвечает такая-то цепь». Часто за ними стоят оптогенетические опыты на мышах. Причинную связь они показывают у животных, а у человека метод пока проходит первые испытания в лечении слепоты.