Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине стали американский нейробиолог Карл Дайссерот и немецкие биоинженеры Петер Хегеман и Георг Нагель. Их наградили за открытия, касающиеся светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики. В начале 2000-х исследователи обнаружили белок каналродопсин в одноклеточной водоросли, а затем превратили его в управляемый светом переключатель для нервных клеток. Открытие значительно подтолкнуло развитие оптогенетики, которая помогает понять, как мозг формирует воспоминания, эмоции и поведение. Все это применяется при изучении неврологических и психиатрических заболеваний, а также в работах по восстановлению зрения.

Нобелевская премия по физиологии и медицине присуждена в понедельник, 5 октября, трем ученым: Карлу Дайссероту из Стэнфордского университета в США (признан нежелательной организацией), Петеру Хегеману из Берлинского университета имени Гумбольдта и Георгу Нагелю из Вюрцбургского университета (Германия). Они удостоились награды «за открытия в области светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики».

Благодаря ряду дополняющих друг друга исследований они заложили фундамент для развития оптогенетики — метода, позволяющего ученым управлять активностью избранных клеток, в том числе нейронов, с помощью света. Сначала в них внедряют гены светочувствительных белков. После этого белки появляются на поверхности клеток и реагируют на свет определенной длины волны. Световой импульс позволяет активировать или, наоборот, подавлять работу выбранных нейронов, практически не затрагивая соседние клетки. При помощи этого исследователи могут определять, какие группы нейронов отвечают за определенные функции и поведение. Метод используют для изучения работы мозга и механизмов различных неврологических и психических расстройств, в том числе болезни Паркинсона, депрессии и аутизма. Оптогенетические исследования проводят и для поиска способов восстанавливать зрение.

«Оптогенетика предоставляет возможности для картирования мозга таким образом, о котором мы раньше могли только мечтать»,— пояснил председатель Нобелевского комитета по физиологии или медицине Пер Свеннингссон.

Все это стало возможным благодаря тому, что в начале 2000-х Петер Хегеман задался вопросом, почему одноклеточная водоросль Chlamydomonas способна плыть к источнику света. Вместе с Георгом Нагелем они обнаружили на поверхности клеток этих водорослей каналродопсин — белок с уникальными свойствами. Под воздействием синего света в нем открывается канал, пропускающий заряженные ионы и создающий электрический импульс, делая светочувствительной любую клетку, в которую его помещают. Затем, в 2005 году Карл Дайссерот внедрил ген каналродопсина в нервные клетки крыс. Освещая их синим светом, он смог запустить нервный сигнал. Еще через два года ученый добился того, чтобы этот механизм работал как управляемый светом переключатель прямо в мозге живых мышей.

«За этими исследованиями последовал вал работ, где ученые вносили активируемые светом ионные каналы в разные ткани или в разные области мозга лабораторных животных — и исследовали реакцию на свет. Это позволило точно картировать физиологические ответы животных на активацию или, наоборот, ингибирование той или иной коры — и гораздо лучше разобраться с работой мозга»,— отмечает замдиректора Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ Иван Гущин. По его словам, возможность управления нейронами открывает пути и для разработки интерфейсов типа «мозг-компьютер», в том числе для восстановления зрения и слуха.

«Исходя из того, насколько широко оптогенетика используется в нейронауках, выбор нобелевских лауреатов выглядит вполне ожидаемым,— полагает руководитель лаборатории "Молекулярная нейробиология" Университета ИТМО Вера Медведева.— Карл Дайссерот давно признанный специалист в этой области, и его вклад в развитие оптогенетики хорошо известен исследовательскому сообществу».

Госпожа Медведева отметила, что похожие исследования и разработки есть и в России. Более того, по ее словам, российские ученые участвовали в развитии самой оптогенетики: еще в 1978 году биофизики МГУ Феликс Литвин и Олег Синещеков изучали электрический ответ водорослей на свет.

Позднее Олег Синещеков продолжил эту работу в США, а в 2015 году вместе с Еленой Говоруновой участвовал в открытии анионных каналродопсинов — светочувствительных белков, которые используют для подавления активности нейронов. Сегодня исследования родопсинов и других инструментов оптогенетики продолжаются и в российских научных центрах, сказала госпожа Медведева.

Полина Ячменникова