Как открытие лауреатов Нобелевки поможет лечению слепоты и Паркинсона

Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2026 году получили американский нейробиолог Карл Дейссерот и немецкие биофизики Питер Хегеман и Георег Нагель «за их открытия, касающиеся светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики». РБК вместе с российскими учеными разбирался, в чем суть вклада лауреатов в развитие нейробиологии, как их открытие поможет влиять на мозг и чем потенциально может помочь в восстановлении зрения и лечении болезни Паркинсона.

Оптогенетика — метод, который позволяет с помощью света управлять активностью генетически модифицированных нервных клеток, рассказал РБК генетик, биоинженер Тимур Чернов. Название технологии может вводить в заблуждение, она связана не столько с генетикой, сколько с использованием методов генной инженерии для управления работой нейронов, поясняет эксперт.

В клетку встраивают светочувствительный белок, и после этого свет может ее «включать» и «выключать»; делать это можно прямо в живом организме, причем прицельно — с клетками нужного типа, пояснил принцип методики кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории постгеномных исследований института медицины труда имени Измерова Андрей Девяткин.

Одним из ключевых объектов ранних исследований стала одноклеточная водоросль хламидомонада. Хегеман изучал, что как она реагирует на свет, и заметил странное: электрический ток в клетке возникал слишком быстро, чтобы объяснить его известными науке белками, рассказывает Девяткин. Так выяснилось, что в наблюдаемом процессе участвуют светочувствительные белки — родопсины, указывает Чернов.

«Они способны реагировать на свет и изменять движение ионов через клеточную мембрану. Позднее были найдены и другие родопсины с противоположным эффектом: одни могли активировать электрическую активность клетки, другие — подавлять ее», — добавляет ученый.

Хегеман и Нагель смогли доказать, что достаточно одного единственного гена, кодирующего светочувствительный белок, чтобы любая клетка стала светочувствительной. Дейссерот превратил это открытие в инструмент для изучения мозга, в 2005 году ученые показали, как нейроны со встроенным белком стали управляться светом.

«С этого момента нейробиологи получили возможность не просто наблюдать за мозгом, а проверять его напрямую. Например, если при выключении активности определенных клеток исчезает страх, а при включении появляется, то эти клетки, скорее всего, участвуют в этой реакции организма», — говорит Девяткин.

Полученный инструмент позволяет изучать механизмы зависимости, депрессии, памяти, паркинсонизма (неврологический синдром, который проявляется замедлением движений, дрожанием, мышечной скованностью и нарушением равновесия. — РБК).

Ученые в настоящий момент имеют дело с десятками вариантов оптогенетических белков, отличающихся скоростью реакции и чувствительностью к разным участкам светового спектра. Благодаря этому исследователи получают все более точный контроль над активностью нервной системы, поясняет Чернов.

«Условно говоря, мозг животного превращается в систему, отдельные элементы которой можно выборочно «включать» и «выключать» светом», — указывает он.

В экспериментах на мышах исследователи научились воздействовать на нейрональные цепи, связанные с конкретными воспоминаниями. Активация определенных клеток могла заставлять животное демонстрировать поведенческую реакцию, связанную с ранее сформированным опытом. Другие исследования показали, что повторная активация нейрональных цепей, участвовавших в процессе обучения, способна влиять на сохранность приобретенного навыка. Иными словами, ученые получили возможность не просто наблюдать за формированием памяти, но и вмешиваться в процессы ее закрепления, говорит эксперт.

Оптогенетика также позволяет ученым разбирать сложные механизмы, лежащие в основе поведения и физиологических состояний, и исследовать цепи, связанные со сном и бодрствованием, голодом и жаждой, агрессией, мотивацией, системой вознаграждения и материнским поведением, продолжает Чернов.

Все это важно, поскольку поведение человека и животных складывается не из работы какого-то одного центра мозга, в процессе участвуют сложные сети взаимодействующих нейронов, а оптогенетика позволяет выяснять, какую роль играет каждый участок. «Технология работает сразу в двух направлениях. С одной стороны, она позволяет управлять активностью мозга. С другой — помогает понимать, как эта активность формирует поведение», — поясняет Чернов.

По его словам, самые интригующие перспективы оптогенетики связаны с медициной. Пока технология в основном остается исследовательским инструментом и широко применяется только на животных, но уже сейчас рассматриваются направления, в которых она потенциально может изменить подход к лечению некоторых заболеваний нервной системы.

Одна из потенциальных областей применения — восстановление зрения. Девяткин упоминает случай, когда в 2021 году слепому человеку с наследственной болезнью сетчатки частично вернули зрение, встроив светочувствительный белок в клетки глаза.

Как поясняет Чернов, при некоторых заболеваниях светочувствительные клетки сетчатки погибают и человек практически или полностью теряет зрение. В таком случае есть шанс сделать другие сохранившиеся клетки сетчатки чувствительными к свету с помощью генетической модификации.

В норме свет воспринимается фоторецепторами сетчатки, после чего сигнал передается нервным клеткам и далее поступает в мозг, и идея заключается в том, чтобы «заставить сохранившиеся нервные клетки снова реагировать на свет и передавать информацию в зрительную систему».

«Первые результаты таких подходов уже продемонстрировали принципиальную возможность частичного восстановления зрительных функций. Однако речь пока идет о технологии, находящейся на этапе развития, и ожидать восстановления нормального зрения с помощью оптогенетики сегодня было бы преждевременно», — подчеркивает Чернов.

В случае с болезнью Паркинсона оптогенетические методы позволяют очень точно исследовать нейронные цепи, нарушение работы которых связано с двигательными симптомами заболевания. По словам Чернова, исследования на животных уже дали результаты, показывающие перспективность такого подхода для коррекции патологической активности нервных сетей. Но, подчеркивает эксперт, нужно отделять экспериментальную медицину от готового лечения, и оптогенетика пока не стала стандартным методом терапии болезни Паркинсона.

До клинического применения технологии еще предстоит пройти значительный путь, говорит Чернов. Необходимо решить вопросы безопасности генетической модификации клеток, доставки генетического материала, управления светом внутри тканей и точности воздействия, перечисляет он.

«Но принципиально важный шаг уже сделан: ученые научились превращать свет в инструмент управления нервной системой. И то, что когда-то помогало микроскопическим организмам ориентироваться в воде, сегодня дает нейробиологии возможность гораздо глубже понять самый сложный орган живого человека — мозг», — заключает он.