Нобелевскую премию по физиологии и медицине в этом году получили американский нейробиолог и психиатр Карл Дейссерот, а также немецкие биофизики Петер Хегеманн из Берлинского университета имени Гумбольдта и Георг Нагель из Вюрцбургского университета. Нобелевский комитет отметил их за «ключевую роль в изучении светочувствительных белков и развитии оптогенетики». Хегеманн и Нагель обнаружили в одноклеточной водоросли белок каналородопсин, а Дейссерот использовал его для создания управляемого светом переключателя активности нервных клеток.
Оптогенетика позволяет воздействовать на отдельные клетки с помощью света. Для этого в них вводят гены светочувствительных белков, после чего активность нейронов можно включать или подавлять импульсами света определённой длины волны. Такой подход стал более точной и менее травматичной альтернативой электродам, которые ранее вводили непосредственно в нейроны животных для стимуляции током.
История этого направления началась задолго до работ немецких учёных. Как рассказал «Московский комсомолец» нейробиолог и директор Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России Всеволод Белоусов, ещё в 1970-е годы сотрудник кафедры биофизики МГУ имени М. В. Ломоносова Олег Александрович Синещёков изучал реакцию водорослей на направление света. Хегеманн и Нагель позднее ссылались на его исследования в статье об открытии каналородопсинов и оптогенетике, называя советского учёного одним из предшественников этого открытия.
Синещёков и его коллеги выясняли, почему водоросли движутся к свету или удаляются от него. Учёные предположили, что такую реакцию может обеспечивать светоуправляемый электрический рецептор, и впервые зарегистрировали электрический сигнал водоросли в ответ на освещение. По словам Белоусова, именно эти результаты описали принцип работы белков, которые впоследствии стали искать Хегеманн и Нагель, обнаружив каналородопсин и родственные ему рецепторы.
Сегодня оптогенетические методы применяют только для фотопротезирования сетчатки глаза. Аналогами каналородопсина заражают сохранившиеся нейроны, утратившие светочувствительность, чтобы вернуть им способность реагировать на световые волны. В России такими исследованиями занимается академик Михаил Островский, однако его работы пока находятся на доклинической стадии и включают разные варианты светочувствительных белков.
За пределами глаза развитию оптогенетики мешает иммунная система: она уничтожает чужеродные белки. Поэтому группа Белоусова занялась термогенетикой — управлением нейронами с помощью термочувствительных ионных каналов, которые присутствуют в организме человека. Направление уже достигло стадии доклинических исследований: на мышах учёные научились активировать нейроны и подавлять их работу, а также начали моделировать фармакорезистентную эпилепсию. При этом Олег Синещёков, живущий и работающий в Хьюстоне, не вошёл в число нобелевских лауреатов, хотя его исследования стали одним из предшествующих этапов развития оптогенетики.