Нобелевскую премию по медицине 2026 года присудили за оптогенетику — способ включать нейроны светом

Как мозг рождает воспоминания, чувства и поступки? В XX веке исследователи научились определять, какие области мозга связаны с той или иной функцией. Но доказать, что именно этот тип нервных клеток вызывает именно это чувство или поведение, тогдашние методы не позволяли. Нобелевский комитет сравнивает получившуюся картину мозга с размытой фотографией. Премия этого года отмечает метод, который сделал снимок резким.

Нобелевская ассамблея Каролинского института объявила лауреатов 5 октября 2026 года. Формулировка — «за открытия, касающиеся светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики». Премию разделили трое:

• Карл Дейссерот, 1971 года рождения, — профессор биоинженерии, психиатрии и поведенческих наук Стэнфордского университета и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза;
• Петер Хегеманн, 1954 года рождения, — старший профессор нейронауки фонда Герти в Берлинском университете имени Гумбольдта;
• Георг Нагель, 1953 года рождения, — профессор молекулярной физиологии растений Вюрцбургского университета.

19 октября о премии рассказал ScienceDaily, перепечатав разбор из The Conversation.

Водоросль, которая плывёт к свету

Всё началось с вопроса, который в начале 1990-х возник у Петера Хегеманна в Институте биохимии Общества Макса Планка в Мартинсриде: как одноклеточная водоросль хламидомонада так быстро реагирует на свет? Она плывёт к источнику света и улавливает его глазком — крошечным оранжевым пятном на поверхности клетки. Электрический импульс возникает в водоросли через полмиллисекунды после вспышки. В человеческом глазу свет запускает цепочку химических реакций из многих шагов, и весь процесс занимает не меньше 10 миллисекунд — в двадцать с лишним раз дольше.

Отсюда гипотеза Хегеманна: у водоросли один и тот же белок и улавливает свет, и открывает канал для заряженных частиц — ионов. Идею встретили скептически: ионных каналов, которые сами реагировали бы на свет, тогда не знали. Выделить белок годами не удавалось — вне клетки белки глазка разрушались. Помогли японские исследователи, которые расшифровали ДНК хламидомонады и открыли доступ к коду тысяч её генов. Около 2000 года группа Хегеманна нашла среди них два гена, похожих на гены известных светоулавливающих белков.

Проверка досталась Георгу Нагелю из Института биофизики Общества Макса Планка во Франкфурте. Копии генов ввели в икринки лягушки, и те начали производить два неизвестных белка, которые встраивались в их оболочку. Гипотеза подтвердилась: это ионные каналы, которые открываются на свету. Белки назвали каналродопсином-1 и каналродопсином-2. Второй открывался за 0,2 миллисекунды и пропускал внутрь положительно заряженные ионы. В 2003 году Хегеманн и Нагель опубликовали результаты: с геном каналродопсина-2 светочувствительными становились и клетки почки человеческого эмбриона и хомяка. Авторы предложили использовать белок как инструмент, чтобы вызывать в клетках электрические импульсы светом.

Выключатель для нейронов

Нервные клетки управляют своей активностью тем же способом: когда положительно заряженные ионы входят в нейрон, он становится активнее. Путь Дейссерота к этой задаче, по рассказу Нобелевского комитета, начинается в клинике. Во время учёбы на медицинском факультете практика в психиатрическом отделении поставила вопросы: почему людям с депрессией так трудно чувствовать радость, что вызывает аутизм или бред при шизофрении? Чтобы понять эти болезни, нужно было изучать нейроны в живом мозге, а не в тонких срезах ткани в чашке Петри.

Лаборатория Дейссерота в Стэнфорде искала белок, которым можно запускать импульсы в нейронах, и, узнав о каналродопсине-2, запросила его ДНК у Нагеля. Ген ввели в нервные клетки крыс в культуре, и под синим светом клетки сразу отвечали нервным сигналом, который передавался другим нейронам. Работа вышла в 2005 году в Nature Neuroscience, Нагель — среди её авторов. В 2006 году метод получил название «оптогенетика». В 2007 году группа Дейссерота ввела ген в нейроны двигательной коры живых мышей и, освещая их через тонкое оптоволокно, проведённое в мозг через небольшое отверстие в черепе, управляла движением усов. В том же году вместе с коллегами из других групп удалось светом будить спящих мышей, включая нейроны, которые предположительно управляют бодрствованием.

До оптогенетики у исследователей мозга, как пишет Стэнфордский университет, было два основных инструмента — электрическая стимуляция и лекарства. Ток возбуждает не только нужные нейроны, но и соседние цепи, а точно тормозить клетки не умеет. Лекарства расходятся по тканям широко и не выводятся быстро, поэтому плохо работают как выключатель. Свет же можно направить в небольшой участок мозга и мгновенно включать и выключать, а соседние клетки без светочувствительного белка на него не реагируют. Позже группа Дейссерота создала и белок, который под жёлтым светом тормозит нейроны: синий свет стал сигналом «вперёд», жёлтый — «стоп».

Что оптогенетика дала психологии

Один из самых известных опытов ранней оптогенетики вышел в 2012 году. Группа Сусуму Тонегавы из Массачусетского технологического института вместе с Дейссеротом пометила нейроны центра памяти, активные в тот момент, когда мышь получала слабый удар током в определённой клетке. Через несколько дней, в другой клетке, эти нейроны включили светом — и мыши замирали от страха, словно вспоминая удар. Мыши, которые удара не получали, не замирали. По словам Нобелевского комитета, это первый опыт, в котором удалось показать, какие именно нервные клетки нужны для конкретного воспоминания.

С помощью оптогенетики нашли нейронные цепи, которые управляют болью, социальным поведением, жаждой, едой, вознаграждением и вниманием. Оказалось, что даже одно сложное поведение собирается из частей, за которые отвечают разные цепи: у мышей одна управляет тем, как они собирают детёнышей в гнездо, другая — тем, как вылизывают их. В работах Дейссерота показано, что сердечный ритм может влиять на эмоции: если заставить сердце работать интенсивнее, тревога усиливается.

Дейссерот, по данным Стэнфорда, — практикующий психиатр, который ведёт пациентов с депрессией, устойчивой к лечению, и с расстройствами аутистического спектра. Группа изучала с помощью оптогенетики депрессию, болезнь Паркинсона и диссоциацию — чувство оторванности от реальности и собственного тела. У мышей удалось вызывать и снимать симптомы депрессии, включать и подавлять стремление к общению и вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обращать вспять симптомы болезни Паркинсона. «Это ключевой принцип оптогенетики: точное причинное воздействие, — говорит Дейссерот. — Когда известно, какие клетки важны для симптома или для его исправления, можно разработать любой метод, чтобы воздействовать на их активность».

Путь к лечению

По оценке комитета, метод углубил понимание депрессии, тревоги, шизофрении, болезней Альцгеймера и Паркинсона. Первые шаги к применению на людях сделаны в офтальмологии. В клинических испытаниях людям, ослепшим из-за пигментного ретинита, который разрушает палочки и колбочки сетчатки, вводят похожий на каналродопсин белок в оставшиеся нервные клетки сетчатки. У одного из участников часть зрения вернулась: в специальных очках, излучающих свет, удавалось различать и брать предметы на столе. Есть надежды улучшить с помощью оптогенетики кохлеарные импланты, которые сейчас стимулируют слуховой нерв током. Возможное применение при болезни Паркинсона и эпилепсии пока изучают.

«Оптогенетика даёт возможность картировать мозг так, как прежде можно было только мечтать», — говорит Пер Свеннингссон, председатель Нобелевского комитета по физиологии или медицине. Авторы разбора в The Conversation обращают внимание на начало истории: премия отмечает работу, которая выросла из вопроса без очевидной практической пользы — как водоросль плывёт к свету.

Вывод редакции: оптогенетика остаётся в первую очередь лабораторным методом: первые испытания на людях, о которых пишет комитет, касаются возвращения зрения. Ценность для психологии в другом: метод позволил перейти от утверждения «эта область мозга связана со страхом» к проверке «включение этих клеток вызывает страх у животного». Когда в научных новостях встречаются слова «нейроны мышей включили светом», речь идёт о методе, отмеченном этой премией.