Нобелевская премия за управление нейронами с помощью света

Белок водоросли помог исследовать память у мышей и открыл путь к экспериментальному восстановлению зрения у людей

5 октября 2026 года лауреатами Нобелевской премии по физиологии или медицине стали Карл Дейссерот, Петер Хегеман и Георг Нагель. Их отметили за открытия, связанные со светоуправляемыми ионными каналами и оптогенетикой. За этой формулировкой стоит возможность вмешиваться в работу выбранных нервных клеток и проверять, как меняются память, ощущения или поведение.

История началась с вопроса, далёкого от лечения: как одноклеточная зелёная водоросль определяет, откуда падает свет? Ответ оказался полезен для изучения мозга, потому что и водоросли, и нейроны используют движение электрически заряженных частиц через клеточную оболочку.

Водоросли не нужны глаза, чтобы почувствовать свет

Хегеман, Нагель и их коллеги исследовали светочувствительные белки водоросли Chlamydomonas. Один из них, каналродопсин-2, описанный в работе 2003 года, сочетал две функции: улавливал свет и открывал проход для ионов — частиц с электрическим зарядом.

Этот белок встроен в мембрану, тонкую оболочку клетки. Внутри него находится ретиналь — небольшая молекула, способная поглощать свет. Когда это происходит, ретиналь меняет форму, вслед за ним меняется форма белка, и канал открывается.

Через открытый канал положительно заряженные ионы, включая натрий, могут поступать внутрь клетки. Это изменяет электрическое напряжение между её внутренней и внешней сторонами. У водоросли такой сигнал участвует в реакции на освещение; у нейрона подобное изменение напряжения может запустить нервный импульс.

Что такое оптогенетика и как нейрон становится чувствительным к свету

Оптогенетика объединяет генетические методы и управление светом. Исследователи доставляют в выбранные клетки ген — инструкцию для изготовления светочувствительного белка. Часто для доставки используют специально изменённый вирусный переносчик. Клетка начинает производить белок и встраивать его в свою мембрану.

Теперь свет может непосредственно менять её электрическую активность. В опытах на животных к нужной области мозга его подводят через тонкое оптоволокно. Избирательность обеспечивают сразу два условия: где присутствует светочувствительный белок и куда попадает свет.

В 2005 году Эд Бойден, Фэн Чжан, Эрнст Бамберг, Георг Нагель и Карл Дейссерот показали, что каналродопсин-2 позволяет управлять импульсами нейронов млекопитающих с миллисекундной точностью — в масштабе тысячных долей секунды. В дальнейшем набор инструментов расширился: разные светочувствительные белки позволяют возбуждать или подавлять активность клеток.

При этом соседние нейроны без такого белка не получают той же прямой светочувствительности. Но они могут отвечать на сигналы от стимулированных клеток: исследователь воздействует на выбранное звено работающей нервной сети.

Увидеть активность и установить её роль — разные задачи

Когда группа нейронов активируется одновременно с испугом, это ещё не объясняет её функцию. Она может участвовать в распознавании опасности, подготовке движения или других процессах, сопровождающих реакцию.

Оптогенетика позволяет поставить более точный эксперимент: изменить активность выбранных клеток в определённый момент и посмотреть, что произойдёт. Если их возбуждение вызывает конкретное поведение, появляется свидетельство причинной связи. Можно также исследовать, как подавление активности меняет изучаемую реакцию.

Именно здесь находится главный научный сдвиг. Учёные получили возможность проверять вклад отдельных клеточных групп в работу мозга. Свет служит способом запустить вмешательство; результат зависит от того, какие нейроны удалось выбрать и с какими цепями они связаны.

Испуг возник там, где ничего опасного не происходило

В исследовании, опубликованном в журнале Nature в марте 2012 года, группа Сусуму Тонегавы из MIT изучала память о пугающей обстановке. Мыши получали небольшой удар током в экспериментальной камере. Исследователи помечали нейроны, активные во время этого обучения, так, чтобы они начали производить каналродопсин-2.

Клетки находились в зубчатой извилине гиппокампа — области мозга, участвующей в формировании воспоминаний об обстановке и событиях. Позднее мышей помещали в другую, безопасную камеру и активировали помеченные клетки светом. Животные чаще замирали — это поведенческий показатель страха, который исследователи могли измерить.

Контрольные опыты помогли проверить смысл результата. У мышей, не получавших удар током, свет не вызывал такого замирания. Не возникало его и у обученных страху мышей при активации клеток, помеченных в другой, безопасной обстановке. Реакция зависела от того, с каким опытом были связаны выбранные клетки.

В этом эксперименте повторной активации определённой группы клеток оказалось достаточно, чтобы вызвать поведение, связанное с ранее сформированной памятью. Субъективное переживание мыши исследователи измерить не могли. Опыт также не доказывал, что всё воспоминание хранится только в этих клетках. Дейссерот был одним из соавторов работы.

Первые клинические шаги связаны с сетчаткой

При некоторых заболеваниях сетчатки гибнут палочки и колбочки — клетки, которые обычно воспринимают свет. Другие нервные клетки при этом могут сохраняться. Оптогенетический подход состоит в том, чтобы придать светочувствительность этим уцелевшим клеткам и получить новый путь передачи зрительного сигнала.

8 октября 2026 года в New England Journal of Medicine вышли результаты исследования с участием десяти человек со слепотой вследствие поздней стадии пигментного ретинита — наследственного заболевания сетчатки. С помощью вирусного переносчика им доставляли ген светочувствительного белка в ганглиозные клетки сетчатки, передающие сигналы в мозг. Для стимуляции применяли специальные очки. Светочувствительность повысилась у семи участников.

Однако повышение чувствительности к свету ещё не означает возвращения обычного зрения. Исследование было небольшим и открытым, а его основной целью была безопасность. У девяти участников зарегистрировали глазные нежелательные явления, преимущественно лёгкие или умеренные; один тяжёлый эпизод нарушения кровотока в сетчатке после инъекции разрешился в течение нескольких минут. Авторы подчёркивают необходимость дальнейшей оценки безопасности и эффективности.

От точного эксперимента до помощи пациенту остаётся несколько шагов

Для применения в мозге нужно решить задачи доставки генов и света, выбора подходящих клеток и длительной безопасности вмешательства. Исследования при эпилепсии и болезни Паркинсона помогают искать возможные способы воздействия на нервные цепи; клинические результаты для сетчатки сами по себе не подтверждают эффективность при этих заболеваниях.

Для врачей и разработчиков лекарств ценность метода связана и с самим пониманием болезни. Когда удаётся установить, какие клетки участвуют в определённой реакции, появляется более обоснованная отправная точка для поиска способов изменить её. Будущее лечение может использовать разные инструменты воздействия на найденные клетки и цепи.

Для пациента главным ориентиром остаются результаты испытаний при конкретном заболевании: какие функции удалось улучшить, насколько устойчив эффект и какими рисками сопровождалось вмешательство. Нобелевская премия отмечает научное открытие; ответы на клинические вопросы требуют отдельных исследований.