5 октября были объявлены результаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 2026 года – за открытие в области фотогенетики. Директор Российко-китайского центра системной патологии ЮУрГУ Алексей Сарапульцев использует такие методы в своей научной работе: проекте, посвященном болезни Альцгеймера.
Что управляет нейронами головного мозга? Конечно, дофамин и прочие нейромедиаторы. Но не только! Природа богата решениями, и оказывается, что, если придать клеткам мозга некие свойства одноклеточных водорослей, появляется способ управлять мышлением человека с помощью света. Сенсацией это было 20 лет назад, а сегодня за выдающуюся технологию её создатели – Карл Дайссерот, Петер Хегеманн и Георг Нагель – удостоены Нобелевской премии 2026 года по физиологии и медицине.
Когда-то Петер Хегеманн из Берлина и Георг Нагель из Франкфурта-на-Майне были далеки от вопросов нейробиологии, и занимались изучением одноклеточных водорослей-хламидомонад (Chlamydomonas reinhardtii), знакомых многим по рисункам в учебнике биологии. Эти водоросли умели чувствовать свет и двигаться на него (фототаксис). В то же время, если вспышка оказывалась очень яркой, хламидомонады, наоборот, стремились прочь от неё. Всего-то одна клетка, и где у ней может прятаться «глаз»?
«Глаз» у хламидомонад нашёлся в мембране – белок каналродопсин (channelrhodopsine). Когда на него попадает синий свет, канал открывается и пропускает ионы, вызывая электрический сигнал.
Как известно, самые яркие открытия возникают на стыке дисциплин. Работа Хегеманна и Нагеля так бы и осталась достоянием какой-нибудь океанологии.
Ключевой шаг сделал Карл Дайссерот, который занимался биоинжинирингом в Стэнфорде. Ему пришла в голову дерзкая идея: а что, если взять ген каналродопсина и встроить его в нервные клетки? Тогда нейрон, который в норме возбуждается только от химических сигналов, станет управляться светом. В 2005 году он вместе с коллегами впервые заставил культивируемые нейроны реагировать на вспышки синего света, а вскоре добился того же в мозге живых мышей. В череп животного вживляли тонкий оптоволоконный световод, и по команде лазера нужные клетки начинали посылать сигналы. Мозг превратился в оркестр, где дирижерской палочкой стал луч света.
До этого исследователи могли лишь смотреть на активность мозга, пытаясь угадать, какой нейрон за что отвечает. Теперь они получили возможность «включать» и «выключать» конкретные клетки, наблюдая, как меняется поведение подопытной мыши. Оптогенетика позволила выяснить, какие нейронные цепи стоят за страхом, агрессией, аппетитом, сном и даже за формированием воспоминаний. Она дала ответы на вопросы, над которыми десятилетиями бились лучшие умы.
Значение этого открытия выходит далеко за пределы лабораторных экспериментов. Оптогенетика уже прокладывает путь к лечению болезней, которые сегодня кажутся неизлечимыми. Ученые работают над восстановлением зрения: у людей с дегенерацией сетчатки можно сохранить светочувствительность, встроив каналродопсин в оставшиеся клетки глаза. Есть проекты по борьбе с хронической болью, эпилепсией и болезнью Паркинсона, где свет может точечно успокаивать перевозбужденные нейроны, не затрагивая здоровые. Исследуются и психические расстройства – депрессия, тревожность, зависимость, – ведь если понять, какие цепи дают сбой, можно научиться их корректировать.
Кстати, этой нобелевской технологией пользуются и уральские ученые. Директор Российско-китайского центра системной патологии ЮУрГУ Алексей Сарапульцев принял участие в масштабном научном проекте, посвящённом выяснению связей между болезнью Альцгеймера и агрессией. Эксперименты проводились в китайском Ухане: была выведена специальная порода мышей, которым в мозг вживлялись световоды, и вспышки света вызывали у них агрессию, а новые препараты помогали её гасить.
Открытие Нобелевских лауреатов – пример того, что природа уже изобрела множество решений, которые человеку остается лишь разглядеть и применить. А тот факт, что открытия совершаются на стыке разных дисциплин, свидетельствует о том, что эрудиция и научное любопытство по-прежнему позволяет делать исследователям нестандартные ходы.