Naujienos

Nobelio fiziologijos ir medicinos premija – už atradimus, leidžiančius šviesa valdyti nervų veiklą

2026 metų Nobelio fiziologijos ir medicinos premija skirta Stanfordo universiteto (JAV) profesoriui Karlui Deiserotui (Karl Deisseroth), Berlyno Humboldtų universiteto profesoriui Pėteriui Hėgemanui (Peter Hegemann) ir Viurcburgo universiteto (Vokietija) profesoriui Georgui Nageliui už atradimus, susijusius su šviesa valdomais jonų kanalais ir optogenetika.

Optogenetika – šiuolaikinė mokslinių tyrimų metodika, leidžianti šviesos impulsais tiksliai valdyti genetiškai modifikuotų ląstelių veiklą. Šis metodas atsirado per kelis vienas kitą papildžiusius mokslinių tyrimų etapus.

Pirmiausia buvo atrasti šviesai jautrūs baltymai – opsinai, iš pradžių aptikti mikroorganizmuose. Kai kurie iš jų, veikiami tam tikro bangos ilgio šviesos, tiesiogiai keičia ląstelės membranos pralaidumą jonams. Vėliau, pasitelkus genų inžineriją ir dažniausiai naudojant nepatogeninius virusinius vektorius, opsinus koduojantys genai pradėti perkelti į konkretaus tipo ląsteles, ypač neuronus. Galiausiai, į šias ląsteles nukreipus atitinkamo bangos ilgio šviesą, galima labai tiksliai – net milisekundžių tikslumu – aktyvinti arba slopinti pasirinktų neuronų veiklą ir stebėti, kaip dėl to keičiasi organizmo funkcijos ar elgesys.

Svarbiausia šio metodo savybė yra ta, kad mokslininkas gali pasirinkti tam tikrą nervinių ląstelių populiaciją konkrečioje smegenų srityje ir eksperimentiškai nustatyti, kas vyksta, kai būtent šie neuronai yra aktyvinami arba slopinami. Tai leidžia ne tik stebėti ryšį tarp neuronų veiklos ir elgesio, bet ir tirti priežastinius ryšius.

Šioje srityje dirbo daug mokslininkų, tačiau P. Hėgemanas ir G. Nagelis atrado fundamentinį biologinį mechanizmą, kuris tapo optogenetikos pagrindu. Tyrinėdami žaliąjį dumblį Chlamydomonas, jie nustatė, kad šviesai jautrūs mikrobų baltymai – opsinai, vėliau pavadinti kanalrodopsinais (Channelrhodopsin), – veikiami šviesos gali tiesiogiai atverti jonų kanalus ląstelės membranoje. Tai buvo esminis atradimas: šviesos energija gali būti tiesiogiai paverčiama ląstelės elektriniu signalu. Be šio atradimo šiuolaikinės optogenetikos nebūtų.

K. Deiserotas šiuos fundamentinius atradimus pavertė galingu neurologinių tyrimų įrankiu. Jo vadovaujama mokslininkų grupė parodė, kad optogenetiką galima taikyti žinduolių smegenyse ir tirti laisvai judančių gyvūnų elgesį, nervinių grandinių veiklą bei psichikos ligų mechanizmus. Tai buvo milžiniškas žingsnis į priekį neuromokslų srityje, nes mokslininkams atsirado galimybė ne tik stebėti atskirų neuronų veiklą, bet ir tiksliai ją kontroliuoti.

Šie atradimai atvėrė naujas galimybes ne tik neurologijos moksliniams tyrimams, bet ir medicinai. Kyla svarbus klausimas: kaip šie fundamentiniai atradimai gali būti pritaikyti klinikinėje praktikoje?

Jau atliekami pirmieji klinikiniai tyrimai, kuriuose optogenetikos principai taikomi siekiant atkurti regėjimą sergant pigmentiniu retinitu. Šios ligos atveju žūsta šviesai jautrūs tinklainės fotoreceptoriai, tačiau dalis tinklainės nervinių ląstelių, įskaitant ganglines, gali išlikti. Į jas virusiniu vektoriumi gali būti įnešamas opsiną koduojantis genas, todėl šios ląstelės tampa jautrios šviesai.

Vienas pirmųjų klinikinių bandymų, kuriuose žmogui pritaikyta optogenetika pagrįsta terapija, pradėtas 2016 m., kai pigmentiniu retinitu sergančiai aklai pacientei į akį buvo suleistas virusinis vektorius, pernešantis kanalrodopsino geną. Nors ši technologija dar yra ankstyvoje klinikinio vystymo stadijoje, ji atveria naujas galimybes gydyti ligas, kurių iki šiol gydyti buvo neįmanoma.

Optogenetikos principai šiuo metu tiriami ne tik regėjimui atkurti. Kuriamos ir tiriamos jų taikymo galimybės gydant klausos, judėjimo, nervų sistemos ir kitus funkcinius sutrikimus, taip pat ieškoma būdų šviesa valdyti įvairių organų veiklą. Ateityje ši technologija galėtų būti pritaikyta ir kitoms medicinos sritims, tačiau daugelis tokių taikymų kol kas dar tik eksperimentiškai išbandomi.

Galime pasidžiaugti, kad optogenetikos metodai moksliniuose tyrimuose jau taikomi ir Lietuvoje. Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Neuromokslų instituto Neurofiziologijos laboratorijos mokslininkai yra paskelbę tyrimų, kuriuose optogenetinė stimuliacija naudojama už regėjimą atsakingų smegenų sričių neuronų funkcijai tirti. Tai rodo, kad ir Lietuvos neuromokslų bendruomenė pradeda taikyti vieną pažangiausių šiuolaikinės neurobiologijos metodų.

Lietuvos mokslų akademijos Biologijos, medicinos ir geomokslų skyriaus pirmininkas Limas Kupčinskas