Karl Deisseroth, Peter Hegemann és Georg Nagel kapta a 2026-os fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjat. A három kutató az optogenetika megteremtésében játszott úttörő szerepet: módszerük segítségével fény használatával lehet kiválasztott idegsejteket be- és kikapcsolni.
Egy fényérzékeny fehérje indította el a kutatást
Az optogenetika története egy egysejtű zöldalgához, a Chlamydomonas reinhardtii nevű élőlényhez vezet. Peter Hegemann és Georg Nagel ennek vizsgálata közben azonosította a channelrhodopsin nevű fényérzékeny fehérjét.
Amikor ezt a fehérjét kék fény éri, egy apró csatorna nyílik meg a sejtmembránban. Elektromosan töltött részecskék, vagyis ionok áramlanak át rajta, megváltoztatva a sejt elektromos állapotát.
A felismerés jelentőségét az adta, hogy a fényérzékeny csatorna más sejttípusokban is működhet. Ez teremtette meg annak lehetőségét, hogy a kutatók fény segítségével irányítsák az elektromos jelekkel kommunikáló idegsejteket.
Karl Deisseroth az idegsejtek vezérlésére használta a felfedezést
Karl Deisseroth és munkatársai genetikai módszerekkel juttatták be a channelrhodopsin előállításához szükséges információt patkányok idegsejtjeibe. A kísérletek során kék fénnyel sikerült elektromos aktivitást kiváltaniuk ezekben a sejtekben.
A 2005-ben bemutatott eredmény fontos fordulópontot jelentett. Két évvel később a módszer már élő egerek agyában is működött. A kutatók célzottan aktiválhatták az idegsejtek kiválasztott csoportjait, majd megfigyelhették, miként változik az állatok viselkedése.
Az optogenetika elnevezés a fény használatára utaló „opto” és a sejtek genetikai módosítására utaló „genetika” kifejezés összekapcsolásából született.
Mit jelent az idegsejtek be- és kikapcsolása?
Az agyban több milliárd idegsejt működik egymással összekapcsolódva. A hagyományos képalkotó módszerek megmutathatják, mely agyterületek aktívak egy érzés, mozdulat vagy emlék közben. Ebből nem mindig derül ki, hogy az adott sejtek valóban előidézik-e a megfigyelt folyamatot.
Az optogenetika ezen változtatott. A kutatók fényérzékeny fehérjéket juttathatnak meghatározott idegsejtekbe, majd fényimpulzusokkal aktiválhatják vagy gátolhatják őket. Így közvetlenül vizsgálható, hogy egy sejtcsoport milyen szerepet játszik egy mozdulatban, érzelemben, emlékben vagy viselkedési mintában.
Per Svenningsson, a Nobel-bizottság tagja a módszer jelentőségét így foglalta össze: “Optogenetics provides opportunities for mapping the brain in a way that we could once only dream of.”
Új utak nyíltak az agy működésének feltérképezésében
A technológia segítségével a kutatók olyan idegi hálózatokat vizsgálhatnak, amelyek az emlékezethez, a félelemhez, a jutalmazáshoz, a mozgáshoz és a döntéshozatalhoz kapcsolódnak.
Az optogenetikát többek között a Parkinson-kór, az epilepszia, az Alzheimer-kór, a függőségek és egyes pszichiátriai betegségek kutatásában alkalmazzák. A módszer lehetővé teszi az egyes idegpályák szerepének pontosabb feltárását és új betegségmodellek létrehozását.
Klinikai vizsgálatokban a látás részleges helyreállítására is történtek kísérletek fényérzékeny fehérjék felhasználásával. Az optogenetika jelenleg elsősorban kutatási eszköz, nem általánosan alkalmazható gyógymód. Emberi felhasználását az is nehezíti, hogy a fényérzékeny fehérjéket biztonságosan a megfelelő sejtekbe kell juttatni, a fényt pedig pontosan a kezelendő területre kell vezetni.
Három kutató osztozik a díjon
Karl Deisseroth amerikai pszichiáter és idegtudós, a Stanford Egyetem professzora. Peter Hegemann német biofizikus, a berlini Humboldt Egyetem kutatója. Georg Nagel német biofizikus, a Würzburgi Egyetem professzora.
A Nobel-bizottság a channelrhodopsin felfedezését, működésének feltárását és az idegsejtek fényalapú vezérlésére alkalmas módszer létrehozását egyetlen tudományos áttörés egymásra épülő részeiként ismerte el. A három díjazott a 12 millió svéd koronás pénzjutalmon egyenlő arányban osztozik.
