«Точечный выключатель». Что означает открытие, получившее Нобелевку по медицине

Нобелевскую премию по медицине 2026 года дали за оптогенетику — технологию, которая позволяет управлять нейронами с помощью света. С ее помощью уже включают и выключают воспоминания у мышей, а в будущем рассчитывают лечить эпилепсию и возвращать зрение. «Фонтанка» разобралась, как это работает.

Премию 2026 года между собой разделили:

• американский нейробиолог и биоинженер Карл Дейссерот. Работает в Медицинском институте Говарда Хьюза в Мэриленде;

• профессор в области нейронаук Петер Хегеманн из Германии. Работает в университете имени Гумбольдта в Берлине;

• биофизик, нейрофизиолог из Германии Георг Нагель. Работает в Вюрцбургском университете.

Общая сумма премии составила 12 миллионов шведских крон.

Открытие нового направления в науке началось с интереса Петера Хегеманна к одноклеточной водоросли хламидомонаде (Chlamydó­monas), которая способна двигаться к источнику света. Эти водоросли можно найти в пресных водоемах и влажной почве.

В результате Хегеманн и Нагель в начале 2000-х совместно открыли новый белок — каналородопсин. Если направить на него синий свет, то в нем открывается канал, а заряженные ионы поступают в клетку, создавая электрический импульс. Как выяснили ученые, вне зависимости от того, в какую клетку поместить такой белок, она становится чувствительной к свету.

Дейссерот ввел ген каналородопсина в нервные клетки крыс. При освещении их синим светом запускался нервный сигнал. Результаты этого новаторского исследования ученый опубликовал в 2005 году, а через два года добился того, чтобы такой управляемый светом переключатель нервных клеток работал в мозге живых мышей.

Такой метод управления нервными сигналами с помощью света сейчас называют оптогенетикой.

В чем особенность этого открытия — «Фонтанке» объяснили эксперты ИТМО и Европейского университета в Санкт-Петербурге.

«Уникальность в том, что ученые впервые создали точечный выключатель для отдельных нейронов в живом мозге. До этого методы были только общие: электрическая стимуляция затрагивает сразу множество нейронов, а фармакологические подходы действуют медленно и не избирательно», — рассказывает ведущий научный сотрудник Центра молекулярных и биологических технологий Университета ИТМО Вера Медведева.

Оптогенетика в сравнении с более старыми методами дает пространственную и временную точность: можно управлять конкретными типами клеток в живом организме в реальном времени.

Это дает возможность устанавливать и доказывать причинно-следственные связи более специфично и более специфично их регулировать.

Это значит, что перспективы у применения оптогенетики в будущем очень широки. В целом их можно свести к точности картирования (то есть исследований и визуализации) работы мозга и ее регуляции. В частности, речь о высокоселективных терапиях — то есть о видах лечения, когда воздействие происходит на конкретную биологическую мишень.

Как объясняет Вера Медведева, сейчас много экспериментов проводят на мышах.

Из результатов таких экспериментов следует, что оптогенетику можно применять для восстановления зрения при дегенерации сетчатки (туда легко «доставить» свет), картирования нейронных цепей при моделях болезни Паркинсона, эпилепсии, депрессии, хронической боли.

«В практической медицине оптогенетику уже пытаются применять для восстановления зрения при тяжелых наследственных заболеваниях сетчатки: в 2026 году в раннем клиническом исследовании генотерапия на основе оптогенетики показала первые признаки улучшения зрительной функции у пациентов с пигментным ретинитом», — отмечает Медведева.

В России тоже были исследования в этом направлении, подчеркивают в ИТМО. Так, в 1978-м биофизики МГУ Феликс Литвин и Олег Синещеков впервые зафиксировали электрический ответ водоросли на свет. Этот подход как раз использовал Петер Хегеманн. Олег Синещеков продолжил свои исследования в США, где в 2002 году вместе с коллегами показал роль двух родопсинов в фототоках хламидомонады. В 2015 году он вместе с Еленой Говоруновой открыл анионные каналородопсины, которые на сегодня уже используют для подавления активности нейронов.

Научный сотрудник Института междисциплинарных медицинских исследований ЕУСПб Артемий Охотин рассказывает, что оптогенетика в сравнении с более традиционными методами  — более аккуратный и бережный метод.

«Такую технологию можно сравнить с чипом в компьютере, который вы можете с помощью света включать-выключать. Это открывает большие перспективы для изучения мозга. Раньше такие вещи делались, но нужно было внутрь нейрона вставлять тонкий электрод. Это всё было очень инвазивно и необратимо. А светочувствительные ионные каналы можно включать и выключать», — объясняет Охотин.

Сейчас это дает много возможностей для исследований. Говорить о том, что с помощью ионных каналов можно делать неких киборгов, которые действовали бы по заданию, пока рано. И Нобелевская премия дана за преимущества в другом, отмечает Охотин.

«Было бы сильным преувеличением говорить, что мышь под влиянием света будет действовать так, как хочет автор эксперимента. Мы не так уж хорошо знаем, как происходит управление. Речь скорее не о том, чтобы управлять, а чтобы лучше понять, как всё это работает», — говорит Охотин.

Эксперт отмечает, что на сегодня применение оптогенетики чисто научное, в повседневной практической медицине ее не используют.

Он добавляет, что в России есть по меньшей мере одна научная группа, которая занимается исследованиями в области оптогенетики.

«Это делается в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии в Москве. Есть работы Алексея Малышева и других. Про другие институты не знаю. В целом это достаточно новая, современная технология, передний край науки», — отмечает Охотин.