Premiul Nobel pentru Fiziologie și Medicină 2026 este acordat optogeneticii – o metodă care face posibilă vizualizarea modului în care celulele nervoase modelează (en.: shape) amintiri, sentimente și comportamente în creierul viu.” (din comunicatul comitetului Nobel 2026)

Deși importanța optogeneticii se intuia de mai mult timp, au existat numeroase dificultăți și limitări de implementare a ideilor, iar progresele, atunci când existau, nu erau neapărat însoțite și de aplicabilitate practică.

Cu toate acestea, inovațiile făcute în ingineria opsinelor de origine microbiană, a tehnicilor de modificare genetică ce permit acțiunea selectivă asupra anumitor tipuri de celule și, nu în ultimul rând, rafinarea tehnicilor optice pentru ghidarea luminii prin țesuturi au pus bazele optogeneticii moderne. Ideea atrage în sfârșit recunoașterea comunității științifice internaționale în data de 5 octombrie 2026, când Karl Deisseroth, Peter Hegemann și Georg Nagel sunt laureați cu Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină, pentru descoperirile privind optogenetica și canalele ionice activate de lumină.

Ce sunt opsinele?

Înțelegerea mecanismelor optogeneticii presupune, înainte de toate, familiarizarea cu opsinele. Ce sunt acestea? Produsul unor gene foarte „vechi”, opsinele sunt de fapt proteine sensibile la lumină, sintetizate de niște microorganisme destul de îndepărtate din punct de vedere evolutiv – bacterii, arhee și alge unicelulare –, care exprimă genele antemenționate. Fiecare genă codifică o proteină distinctă, care, ca răspuns la lumină, generează la nivelul membranei celulare un curent electric. Genele opsinelor microbiene și proteinele acestora formează o familie de molecule ce prezintă diferențe din punct de vedere funcțional față de rodopsinele de la nivelul retinei vertebratelor, deci și a speciei umane.

Opsinele au fost studiate timp de mulți ani înainte de a fi folosite în optogenetică. Primele informații pe care le avem au ecou în anul 1971, când Dieter Oesterhelt și Walther Stoeckenius demonstrează prezența unei proteine asemănătoare rodopsinei în membrana microorganismului Halobacterium halobium (o arhee, deși numele sugerează că ar fi o bacterie). Denumită bacteriorodopsină, ea a reprezentat una dintre primele dovezi directe ale existenței unor sisteme fotosensibile bazate pe rodopsine la microorganisme.

Faptul că primii oameni de știință au observat că și unele microorganisme prezintă aceste structuri sensibile la lumină, deosebite prin abilitatea de absorbție a energiei luminoase și transformarea ei în curent electric, a deschis noi perspective asupra utilizării lor în cercetarea medicală. Astfel, un pas esențial în această direcție a fost exprimarea heterologă a acestor proteine, proces prin care genele care le codifică sunt introduse în celule care nu le exprimă în mod natural, proteinele păstrându-și funcția, adică abilitatea de a răspunde la stimuli luminoși. 

Există trei tipuri principale de opsine care prezintă utilitate în optogenetică: bacteriorodopsinele, halorodopsinele și canalrodopsinele. Bacteriorodopsinele și halorodopsinele au, în general, efect inhibitor asupra neuronilor, deoarece determină hiperpolarizarea membranei, în timp ce rodopsinele canal permit trecerea ionilor pozitivi și favorizează astfel depolarizarea și activarea neuronală.

Ce s-ar întâmpla, practic, la nivelul unui neuron: după introducerea la nivelul celulei nervoase a unei gene care codifică opsina provenită de la microorganism, apare proteina care va fi integrată în membrana celulară; când opsina e stimulată cu lumină, ea va permite trecerea ionilor prin membrană și va modifica potențialul electric al neuronului. Asta se întâmplă în 2004, când au loc primele experimente pe neuroni cultivați în laborator și se observă că proteina microbiană, o canalrodopsină, putea fi sintetizată corect și transportată la membrana celulară a acestor neuroni, determinând activarea lor în prezența luminii. Rezultatele acestor experimente sunt publicate un an mai târziu, în 2005, în Nature Neuroscience. 

Elucidarea structurii cristaline a canalrodopsinelor în 2012 a oferit informații importante pentru modificarea ulterioară a proprietăților acestor proteine. Spre deosebire de canalrodopsinele convenționale, care permit trecerea cationilor și favorizează depolarizarea neuronilor, variantele modificate au fost proiectate pentru a facilita transportul anionilor, determinând deci inhibarea neuronală. În 2014 este demonstrată funcționalitatea acestor proteine modificate în neuroni cultivați în laborator. Totuși, validarea lor ca instrumente optogenetice eficiente necesita demonstrarea capacității de a influența comportamentul animalelor, fiind un pas important pentru studierea circuitelor neuronale și a mecanismelor cerebrale implicate în diferite afecțiuni neurologice și psihiatrice.

Surpriza vine când, la mai bine de un an de la descoperirea canalelor inhibitoare obținute prin experimente de laborator și inginerie genetică, alți cercetători raportează că există deja echivalentul în natură, prin intermediul unui microorganism care prezintă în mod spontan un canal ionic cu proprietăți structurale și electrostatice foarte asemănătoare. Această descoperire demonstrează cumva că natura ajunge la o soluție asemănătoare cu cea propusă de Deisseroth și echipa lui, pur și simplu ca rezultat al… evoluției.

Rolurile optogeneticii

Optogenetica a permis descoperirea unor circuite neuronale implicate în reglarea anxietății, motivației și recompensei. Cercetările lui Deisseroth au evidențiat rolul cortexului cerebral în controlul activității regiunilor subcorticale, inclusiv al amigdalei bazomediale (implicată în anxietate). De asemenea, s-a demonstrat că regiunea prefrontală influențează nu doar activitatea altor structuri cerebrale, ci și comunicarea dintre acestea. Toate acestea au contribuit la o mai bună înțelegere a mecanismelor neuronale implicate în tulburările de dispoziție. Progrese semnificative s-au făcut și în înțelegerea circuitelor neuronale implicate în anumite simptome ale depresiei precum anhedonia (incapacitatea de a simți plăcere) și stările caracterizate prin lipsa speranței, iar în domeniul neurologiei aduce noi informații în înțelegerea circuitelor neuronale implicate în parkinsonism, dar și epilepsie.

Un nume românesc

Puțini cunosc faptul că de domeniul optogeneticii se leagă și un nume românesc. În 2009, Viviana Grădinaru, la acea vreme doctorandă în laboratorul lui Karl Deisseroth, publica în Science, ca prim autor, studiul Optical Deconstruction of Parkinsonian Neural Circuitry. Cercetarea încerca să răspundă unei întrebări importante: prin ce mecanisme ameliorează stimularea cerebrală profundă simptomele motorii ale bolii Parkinson? Folosind optogenetica, echipa a putut activa sau inhiba selectiv diferite componente ale circuitelor neuronale la rozătoare cu parkinsonism. Rezultatele au arătat că stimularea fibrelor nervoase care ajung la nucleul subtalamic poate ameliora manifestările motorii în modelul experimental, oferind astfel indicii importante despre modul în care acționează stimularea cerebrală profundă.

2015: tranziția la cercetarea clinică

Tranziția optogeneticii de la laborator la cercetarea clinică începe în 2015, odată cu inițierea în Statele Unite a primului studiu clinic care a evaluat o terapie optogenetică pentru pacienții cu retinită pigmentară avansată. Studiul urmărea în primul rând evaluarea siguranței și tolerabilitatea administrării intravitreene a unui vector viral AAV2 care transporta gena pentru channelrhodopsina-2 (ChR2). Scopul era sensibilizarea celulelor ganglionare retiniene la lumină, compensând parțial pierderea fotoreceptorilor distruși de boală. Fiind un studiu de fază timpurie, cu administrarea progresivă a unor doze diferite, obiectivul principal nu era demonstrarea recuperării vederii, ci evaluarea siguranței și a fezabilității acestei abordări terapeutice. Rezultatele publicate ulterior au indicat că tratamentul a fost, în general, bine tolerat, însă nu s-a demonstrat o ameliorare a funcției vizuale.

Un moment de referință în transpunerea optogeneticii în practica medicală a fost anul 2021, când Sahel și colaboratorii au raportat în Nature Medicine recuperarea parțială a funcției vizuale la un pacient cu retinită pigmentară avansată. Studiul inițiat în 2018 s-a numit PIONEER și a urmărit introducerea genei pentru opsina ChrimsonR în celulele ganglionare retiniene și utilizarea unor ochelari special concepuți pentru stimularea acestora. Cu ajutorul acestui sistem, pacientul a reușit să perceapă și să localizeze anumite obiecte.   

Puțini cunosc faptul că de domeniul optogeneticii se leagă și un nume românesc. În 2009, Viviana Grădinaru, la acea vreme doctorandă în laboratorul lui Karl Deisseroth, publica în Science, ca prim autor, studiul Optical Deconstruction of Parkinsonian Neural Circuitry. Cercetarea încerca să răspundă unei întrebări importante: prin ce mecanisme ameliorează stimularea cerebrală profundă simptomele motorii ale bolii Parkinson? Folosind optogenetica, echipa a putut activa sau inhiba selectiv diferite componente ale circuitelor neuronale la rozătoare cu parkinsonism. Rezultatele au arătat că stimularea fibrelor nervoase care ajung la nucleul subtalamic poate ameliora manifestările motorii în modelul experimental, oferind astfel indicii importante despre modul în care acționează stimularea cerebrală profundă.