2026 m. Nobelio fiziologijos ir medicinos premija skirta Stanfordo universiteto (JAV) profesoriui Karlui Deisserothui, Berlyno Humboldtų universiteto profesoriui Peteriui Hegemannui ir Viurcburgo universiteto profesoriui Georgui Nageliui už šviesa valdomų jonų kanalų ir optogenetikos atradimus.
Vilniaus universiteto (VU) Gyvybės mokslų centro mokslininko dr. Roberto Guzulaičio teigimu, vienas svarbiausių optogenetikos privalumų yra tai, kad ji leidžia ne tik stebėti smegenų veiklą, bet ir nustatyti priežastinius ryšius tarp konkrečių neuronų aktyvumo ir organizmo elgesio.
„Pats optogenetikos pavadinimas apima optiką ir genetiką. Paprastai tariant, į nervinę ląstelę įterpiama genetinė informacija, leidžianti ląstelei sintetinti šviesai jautrius baltymus. To pasėkoje turime nervinę ląstelę, kuri tampa jautri šviesai. Apšvietus tokią ląstelę, galime ją įjungti arba išjungti. Svarbiausia, kad šis metodas leidžia nustatyti priežastinį ryšį. Mes ne tik pasyviai stebime, ką veikia smegenys, bet galime keisti jų aktyvumą ir stebėti, kaip dėl to keičiasi elgesys“, – aiškina dr. R. Guzulaitis.
Įdomu tai, kad vieno svarbiausių šiuolaikinių neuromokslų metodų ištakos slypi ne smegenų, o vienaląsčių žaliųjų dumblių tyrimuose. Prof. P. Hegemannas ir prof. G. Nagelis tyrė žaliąjį dumblį Chlamydomonas, kuris juda šviesos link. Mokslininkai atrado šviesai jautrų baltymą channelrhodopsiną – jonų kanalą, kuris, paveiktas šviesos, pakeičia savo struktūrą ir leidžia jonams judėti per ląstelės membraną. Vėliau prof. K. Deisserothas panaudojo šį principą nervinėse ląstelėse ir pavertė jį priemone jų aktyvumui kontroliuoti. Taip buvo sukurtas vienas svarbiausių šiuolaikinių neuromokslų tyrimo metodų – optogenetika.
„Mūsų neuronai natūraliai nėra jautrūs šviesai – ir tam nebūtų prasmės, nes smegenyse šviesos nėra. Tačiau gamtoje yra organizmų, turinčių šviesai jautrių baltymų. Mokslininkams kilo mintis pabandyti šiuos baltymus ekspresuoti nervinėse ląstelėse. Išgryninus reikalingą genetinę seką ir ją įterpus į neuroną, ląstelė pradeda sintetinti šviesai jautrius baltymus. Tuomet, pateikus šviesą neuronui, galime valdyti jo aktyvumą“, – pasakoja VU mokslininkas.
Be to, optogenetika leidžia neuronų aktyvumą valdyti itin tiksliai ne tik erdvėje, pasirenkant konkrečias ląstelių grupes, bet ir laike – jų aktyvumą galima keisti per milisekundes. Iki optogenetikos mokslininkai galėjo stebėti, kurios smegenų sritys ar neuronai suaktyvėja atliekant tam tikrą veiklą, tačiau vien tokio ryšio nepakako įrodyti, kad būtent šių neuronų aktyvumas sukelia konkretų elgesį. Optogenetika suteikė galimybę pasirinktas neuronų grupes aktyvuoti arba slopinti ir stebėti, kokį poveikį tai turi gyvam organizmui. Nobelio komitetas pabrėžia, kad ši technologija atvėrė iki tol neįmanomas galimybes tirti, kaip nervinės ląstelės formuoja prisiminimus, jausmus ir elgesį.
Pasak dr. R. Guzulaičio, atsiradus optogenetikai neuromoksluose kilo tikras šio metodo naudojimo bumas: „Laboratorijos stengėsi jį įsidiegti ir naudoti. Jis leido atsakyti į daugybę fundamentinių klausimų ir patvirtinti, kad tam tikros ląstelės ar smegenų regionai iš tiesų prisideda prie vienos ar kitos funkcijos. Didelis šio metodo privalumas yra ir tai, kad galima specifiškai valdyti konkrečią neuronų grupę, o ne visus neuronus. Tai leido geriau suprasti skirtingų neuronų grupių funkcijas smegenyse.“
Nors optogenetikos galimybės paskatino svarstymus apie jos pritaikymą gydant nervų sistemos ligas, kol kas šis metodas daugiausia naudojamas fundamentiniuose tyrimuose, ypač su graužikais. Anot tyrėjo, jo pritaikymas žmogaus smegenyse tebėra sudėtingas, nes metodas yra invazinis: į ląsteles reikia pristatyti genetinę informaciją, dažniausiai naudojant virusinius vektorius, taip pat būtina užtikrinti, kad reikiamas ląsteles pasiektų šviesa.
„Norėdami sutvarkyti dėl nervų sistemos ligos pakitusį neuronų tinklą, pirmiausia turime labai gerai žinoti, kas jame veikia netinkamai. Tam reikia daug fundamentinių tyrimų. Nemanau, kad optogenetika artimiausiu metu bus plačiai taikoma klinikoje, nes tai labai invazinis metodas“, – sako dr. R. Guzulaitis.
Vis dėlto pirmieji bandymai rodo galimą klinikinį optogenetikos potencialą. 2021 m. žurnale „Nature Medicine“ paskelbtame tyrime optogenetinė terapija buvo pritaikyta pigmentiniu retinitu sergančiam pacientui. Mokslininkai genetiškai modifikavo išlikusias tinklainės ląsteles, kad jos taptų jautrios šviesai. Naudodamas specialius akinius pacientas po terapijos galėjo atpažinti ir lokalizuoti kai kuriuos objektus. Nors tai buvo ankstyvas tyrimas ir jo rezultatai neleidžia kalbėti apie įprastą klinikinį optogenetikos naudojimą, jis parodė, kad šis principas gali būti pritaikomas ir žmogui.
Prof. K. Deisserothas yra Stanfordo universiteto bioinžinerijos, psichiatrijos ir elgesio mokslų profesorius bei Howardo Hugheso medicinos instituto tyrėjas. Prof. P. Hegemannas yra Berlyno Humboldtų universiteto neuromokslų profesorius, o G. Nagelis – Viurcburgo universiteto molekulinės augalų fiziologijos profesorius. Nobelio komiteto teigimu, jų atradimai pradėjo naują neuromokslų erą ir iš esmės pakeitė galimybes tirti smegenų veiklą.
Šių metų laureatai pasidalys 12 mln. Švedijos kronų piniginę premiją. Nobelio premija K. Deisserothui, P. Hegemannui ir G. Nageliui bus įteikta gruodžio 10 d., minint Alfredo Nobelio mirties metines.
About the Author
