Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu za 2026. godinu dobili su Peter Hegemann, Georg Nagel i Karl Deisseroth za razvoj optogenetike , metode koja je omogućila naučnicima da pomoću svjetlosti kontrolišu aktivnost nervnih ćelija i tako direktnije istražuju kako mozak stvara sjećanja, osjećaje i ponašanja. Njihov rad promijenio je način na koji naučnici proučavaju mozak i otvorio novo poglavlje u neuronauci. Jedan od prvih tekstova na ovom websiteu je bio upravo o optogenetici sada već davne 2015. Već neko vrijeme postoji mišljenje kako bi ovo otkriće zaslužilo Nobelovu nagradu.
Mozak je decenijama bio svojevrsna karta sa mnogo nepoznatih područja. Naučnici su tokom 20. vijeka uspijevali povezati određene dijelove mozga s pojedinim funkcijama, ali nisu mogli pouzdano utvrditi da li je aktivnost određene grupe nervnih ćelija zaista uzrok nekog osjećaja, sjećanja ili ponašanja.
Optogenetika je to počela mijenjati.
„Optogenetika pruža mogućnost mapiranja mozga na način o kojem smo nekada mogli samo sanjati“, rekao je Per Svenningsson, predsjedavajući Nobelovog komiteta za fiziologiju ili medicinu.
Ilustracija: optogenetika. Izvor: Nobel Committee
Sve je počelo jednom algom
Priča o optogenetici počinje neobično – s jednom jednoćelijskom algom.
Njemački naučnik Peter Hegemann želio je razumjeti kako Chlamydomonas uspijeva plivati prema izvoru svjetlosti. Istraživanja koja je provodio s Georgom Nagelom početkom 2000-ih dovela su ih do neobičnog proteina nazvanog kanalrodopsin (channelrhodopsin). Hlamidomonas je neobični jednoćelijski organizam koji se može slobodno kretati, ali ima hlorofil te stoga može vršiti i fotosintezu te spada u alge. Da bi mogao fotosintetizirati, potrebno je da se kreće prema izvoru svjetla.
Protein kanalrodopsin se nalazi na površini ćelije i ponaša se poput svojevrsnih vrata. Kada je izložen plavoj svjetlosti, kroz protein kanalrodopsin se otvara kanal. Nabijeni ioni tada ulaze u ćeliju, stvarajući električni impuls. Hagemann i Nagel su otkrili kako su ćelije postale osjetljive na svjetlost bez obzira na to u koju su ih ćeliju unijeli.
Dakle, istraživači su otkrili da protein može učiniti različite vrste ćelija osjetljivim na svjetlost.
kanalrodopsin kod alge hamidomonas koji se aktivira plavom svjetlošću i pomaže da se ova sitna bića kreću prema svjetlosti. Izvor: Nobel Comittee
Hegemann je rođen 1954. u njemačkom gradu Münster, a zaposlen je pri Max-Planck institutu za biohemiju u gradu Martinsried. Također je profesor pri čuvenom Humboldt univerzitetu u Berlinu. Georg Nagel je njemački biofizičar rođen 1953. godine u Weingartenu, doktorirao je pri Univerzitetu u Frankfutu, a predaje fiziologiju biljaka na Univerzitetu Würzburg u Njemačkoj.
Upravo je ovo njihovo otkriće omogućilo Karlu Deisserothu da napravi sljedeći veliki korak.
Svjetlost kao prekidač za nervne ćelije
Deisseroth je gen koji nosi uputu za stvaranje kanalrodopsina uveo u nervne ćelije pacova. Kada bi te ćelije obasjao plavom svjetlošću, mogao je pokrenuti nervni signal. Rezultate je objavio 2005. godine.
Dvije godine kasnije napravio je još važniji eksperiment: isti princip primijenio je u mozgu živih miševa. Svjetlost je tako postala svojevrsni „prekidač“ kojim je bilo moguće uključiti aktivnost određenih nervnih ćelija.
Metoda je dobila naziv optogenetika – kombinacija optike, odnosno korištenja svjetlosti, i genetike.
Karl Deisseroth je rođen 1971. u Bostonu, a predaje na Univerzitetu Standford.
Od laboratorijskog otkrića do proučavanja mozga
Optogenetika se od tada brzo proširila laboratorijama širom svijeta. Naučnicima je omogućila da preciznije istražuju nervne krugove povezane s konkretnim sjećanjima, osjećajima i ponašanjima.
To je posebno važno za razumijevanje neuroloških i psihijatrijskih poremećaja. Umjesto da samo posmatraju koji su dijelovi mozga aktivni, istraživači sada mogu eksperimentalno mijenjati aktivnost određenih nervnih ćelija i posmatrati šta se tada događa. Metoda ima potencijal i u medicini. Istraživači je, između ostalog, proučavaju kao mogući način za vraćanje vida osobama s oštećenjem vida.
No, treba reći da je optogenetika vrlo invazivna metoda. Da bi se nervne ćelije mozga životinja (pa i ljudi) aktivirale, svjetlost mora doći direktno do određenog područja mozga. Pošto lobanja kičmenjaka i moždano tkivo ne propuštaju dovoljno precizno svjetlost, kroz mali otvor u lobanji postavlja se tanko optičko vlakno čiji je vrh blizu ciljnih neurona. Vlakno dovodi plavu svjetlost iz izvora koji se nalazi izvan glave, zbog čega na fotografijama često vidimo „lampicu“ ili implant koji viri iz glave životinje. Tako istraživači mogu u tačno određenom trenutku uključiti ili isključiti aktivnost određenih nervnih ćelija i posmatrati kako to utiče na ponašanje.
Optogenetika se već ispituje i kao terapija: 2021. godine prvi slijepi pacijent nakon eksperimentalne optogenetičke terapije uspio je ponovo uočavati, locirati i brojati objekte – uz pomoć posebno dizajniranih naočala. U toj eksperimentalnoj terapiji iz 2021. pacijentu nije ugrađeno optičko vlakno u oko niti u mozak. Kod tog pacijenta je prvo ubrizgan virusni vektor u oko, koji je u retinalne ganglijske ćelije unio gen za svjetlosno osjetljivi protein ChrimsonR. A zatim je pacijent koristio posebne naočale: kamera na naočalama snimala je prizor, a uređaj je te informacije pretvarao u svjetlosne impulse i projektovao ih na mrežnicu.
Otkrića Hegemanna, Nagela i Deisserotha zato nisu samo donijela novi alat za neuronauku. Optogenetika je promijenila način na koji naučnici razmišljaju o tome kako nervne ćelije oblikuju ono što pamtimo, osjećamo i radimo. Mozak je i dalje jedan od najvećih misterija ljudske biologije, ali zahvaljujući optogenetici mapa tog složenog organa ima sve manje nepoznatih područja.
Nagrada u iznosu od 12 miliona švedskih kruna biće podijeljena na jednake dijelove između dobitnika, izvijestio je Komitet za dodjelu Nobelove nagrade.
