Nagroda Nobla została przyznana za optogenetykę, która umożliwia pokazanie, jak komórki nerwowe kształtują wspomnienia, uczucia i zachowania w żywym mózgu. Poszukujące światła glony dały przełącznik dla komórek nerwowych. Peter Hegemann i Georg Nagel odkryli niezwykłe białko, rodopsynę kanałową w jednokomórkowym glonie. Karl Deisseroth przekształcił to białko w sterowany światłem przełącznik dla komórek nerwowych. Laureaci położyli podwaliny pod nową erę w neuronauce. Sposób, w jaki mózg rządzi uczuciami, zachowaniami i funkcjami organizmu, od dawna pozostaje zagadką. W XX w. naukowcy zaczęli badać, które obszary mózgu wpływają na poszczególne funkcje, ale stosowane metody uniemożliwiały udowodnienie związków przyczynowo-skutkowych. Stworzony przez nich obraz mózgu przypominał szkicową mapę, pełną znaków zapytania i niewiadomych. Teraz to wszystko się zmienia. „Optogenetyka daje możliwości mapowania mózgu w sposób, o jakim kiedyś mogliśmy tylko pomarzyć” – powiedział Per Svenningsson, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie fizjologii i medycyny.
Wszystko zaczęło się od ciekawości Petera Hegemanna. Zastanawiał się, jak jednokomórkowy glon, owalna zielenica o średnicy 10 μm (Chlamydomonas), potrafi płynąć w kierunku źródła światła. Na początku XXI w., wraz z Georgiem Nagelem, odkrył rodopsynę kanałową, białko glonów o unikatowych właściwościach, znajdujące się na powierzchni komórki. Pod wpływem światła niebieskiego otwiera się w nim kanał. Następnie naładowane jony przepływają do komórki, wytwarzając impuls elektryczny. Odkryto, że niezależnie od tego, do jakiego rodzaju komórki wprowadzono to białko, komórki te stawały się wrażliwe na światło. Karl Deisseroth wprowadził gen kodujący kanałorodopsynę do komórek nerwowych szczurów. Naświetlając komórki niebieskim światłem, zdołał wywołać w nich sygnał nerwowy. Wyniki tych przełomowych badań opublikował w 2005 r. Dwa lata później udało mu się zastosować ten sterowany światłem mechanizm w komórkach nerwowych w mózgach żywych myszy.
Metoda sterowania sygnałami nerwowymi za pomocą światła nosi nazwę optogenetyki i szybko zyskała znaczenie na skalę światową. Dzięki optogenetyce naukowcy zdołali zidentyfikować obwody neuronalne odpowiedzialne za konkretne wspomnienia, uczucia i zachowania istotne w kontekście zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych. W medycynie klinicznej metoda ta jest wykorzystywana w próbach przywracania wzroku osobom z dysfunkcjami narządu wzroku. Optogenetyka fundamentalnie zmieniła nasze rozumienie mózgu. Każdy dzień przynosi nowe odkrycia, które pomagają rozwikłać jedną z wielkich tajemnic ludzkości, jak funkcjonuje nasz niezwykły mózg.
Rodopsyna, nazywana purpurą wzrokową lub czerwienią wzrokową, to światłoczuły barwnik występujący w pręcikach siatkówki oka, który umożliwia widzenie w ciemności i przy słabym oświetleniu. Mój profesor, wybitny polski biochemik Jerzy Pawełkiewicz na egzaminach studentów i doktorantów często pytał o właściwości rodopsyny i tych pytań powszechnie się obawiano. Rodopsyna składa się z białka opsyny oraz cząsteczki 11-cis-retinalu (pochodnej witaminy A). Pod wpływem światła (nawet jednego fotonu) cząsteczka zmienia kształt z formy cis na trans i odłącza się od białka, co wywołuje impuls nerwowy docierający do mózgu. W ciemności rodopsyna odbudowuje się z udziałem witaminy A, co pozwala oczom przyzwyczaić się do mroku. Niedobór rodopsyny prowadzi do tzw. kurzej ślepoty (ślepoty zmierzchowej).
Karl Deisseroth, ur. 1971, Ph.D. i MD, Howard Hughes Medical Institute and Stanford University, USA. Peter Hegemann, ur. 1954, Ph.D. Max-Planck-Institute for Biochemistry, Martinsried, Niemcy, obecnie Humboldt University of Berlin, Niemcy. Georg Nagel, ur. 1953, Ph.D. Max Planck Institute for Biophysics, Frankfurt, Niemcy, obecnie Department for Molecular Plant Physiology and Biophysics – Botany I, University of Würzburg, Niemcy.

Opracowali prof. dr hab. n. med. Ryszard Słomski i prof. UPP dr hab. Marlena Szalata