Nobelova cena za medicínu míří k tajemství mozku. Vědci dokázali ovládat nervové buňky světlem

Optogenetika zásadně změnila způsob, jakým mohou vědci studovat mozek. Umožňuje totiž pomocí světla přesně zapínat nebo vypínat aktivitu vybraných nervových buněk. Díky tomu lze sledovat, co se stane, když se aktivuje konkrétní skupina neuronů – a lépe tak pochopit nervové okruhy, které stojí například za pamětí, emocemi nebo určitým chováním.

Všechno začalo u zelené řasy

Základem objevu byl protein z jednobuněčné zelené řasy. Peter Hegemann se zajímal o to, jak řasa Chlamydomonas dokáže reagovat na světlo a pohybovat se směrem k jeho zdroji. Společně s Georgem Nagelem na začátku tohoto století objevil protein channelrhodopsin, který se nachází na povrchu buňky a je citlivý na světlo.

Když na něj dopadne modré světlo, otevře se iontový kanál a do buňky začnou proudit nabité částice. Vznikne tak elektrický impuls. Vědci navíc zjistili, že když tento protein přenesou do jiné buňky, může se i ona stát citlivou na světlo.

Právě tohoto principu využil Karl Deisseroth. Gen pro channelrhodopsin vložil do nervových buněk potkanů a pomocí modrého světla dokázal vyvolat nervový signál. V roce 2005 tento zásadní výsledek publikoval a o dva roky později se mu podařilo využít světlem ovládané nervové buňky přímo v mozku živých myší. Vznikla tak optogenetika – spojení genetických a optických metod, které umožňuje vědcům ovládat aktivitu konkrétních nervových buněk světlem.

Od laboratorního objevu k výzkumu nemocí

Význam objevu spočívá především v přesnosti. Dřívější metody umožňovaly sledovat, které části mozku jsou při určité činnosti aktivní, ale bylo mnohem obtížnější prokázat, že konkrétní nervové buňky danou činnost skutečně způsobují.

Optogenetika tento problém pomohla změnit. Vědci mohou vybrané nervové buňky označit tak, aby reagovaly na světlo, a následně jejich aktivitu v živém mozku cíleně řídit. Mohou tak například zkoumat nervové okruhy spojené s konkrétní vzpomínkou, pocitem nebo formou chování.

„Optogenetika poskytuje možnosti mapování mozku, o kterých jsme dříve mohli jen snít,“ uvedl Per Svenningsson, předseda Nobelova výboru pro fyziologii nebo lékařství.

Zrovna možnost přesně propojit aktivitu konkrétních neuronů s určitým chováním otevřela cestu k lepšímu pochopení neurologických a psychiatrických poruch. Nobelův výbor uvádí, že optogenetika už pomohla odhalovat nervové okruhy související s poruchami, které se týkají paměti, emocí nebo chování.

Metoda přitom nezůstává pouze v laboratořích. Výzkumníci ji dnes využívají také při pokusech o obnovení zraku u lidí se zrakovým postižením. Nobelův výbor proto mluví o položení základů nové éry neurovědy.

Tři vědci, jeden zásadní posun

Na objevu je pozoruhodné, že jednotlivé části vznikaly postupně. Hegemann a Nagel nejprve objevili mechanismus, díky němuž může buňka reagovat na světlo. Deisseroth pak tuto vlastnost využil k vytvoření jakéhosi světelného „spínače“ pro nervové buňky.

Dnes je optogenetika používána ve výzkumných laboratořích po celém světě. Umožňuje vědcům nahlížet do fungování mozku způsobem, který byl ještě před několika desetiletími obtížně představitelný. Podle Nobelova výboru metoda zásadně změnila naše chápání mozku a pomáhá postupně odkrývat jedno z velkých tajemství lidského organismu – jak náš mozek vytváří vzpomínky, pocity a chování.

Tři laureáti si rozdělí finanční odměnu 12 milionů švédských korun. Karl Deisseroth působí na Stanfordově univerzitě, Peter Hegemann na Humboldtově univerzitě v Berlíně a Georg Nagel na Univerzitě ve Würzburgu.

Autorka: Pavlína Zítková

Foto: The Nobel Prize