Il Nobel per la Medicina 2026 premia la proteina di un’alga che accende i neuroni con la luce

Una proteina che aiuta un’alga unicellulare a nuotare verso la luce è il motivo per cui gli scienziati possono ora accendere o spegnere un tipo di cellula cerebrale con un lampo di luce blu. L’Assemblea Nobel dell’Istituto Karolinska ha assegnato il suo premio per la Fisiologia o la Medicina ai tre ricercatori che hanno scoperto quella proteina e l’hanno trasformata in uno strumento: Karl Deisseroth della Stanford University e dell’Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann della Humboldt University di Berlino, e Georg Nagel dell’Università di Würzburg.

Il metodo si chiama optogenetica e ha cambiato ciò che la ricerca sul cervello può dimostrare. I neuroscienziati potevano già vedere quali regioni si attivavano durante la paura o la fame, ma raramente potevano dimostrare che un particolare tipo di neurone causava la sensazione. Con l’optogenetica possono accendere quelle cellule in un animale vivente e osservare il comportamento apparire, o spegnerle e vederlo cessare. Da allora, i laboratori lo hanno utilizzato per localizzare i circuiti della memoria, del dolore, della sete, del sonno e del comportamento sociale, e ora viene testato come trattamento per una forma di cecità.

Il comitato ha citato i tre “per le loro scoperte riguardanti i canali ionici foto-attivati e l’optogenetica”. Divideranno equamente 12 milioni di corone svedesi. “L’optogenetica offre opportunità per mappare il cervello in un modo che una volta potevamo solo sognare”, ha dichiarato Per Svenningsson, presidente del Comitato per il Nobel di Fisiologia o Medicina.

Un’alga che reagisce venti volte più velocemente dell’occhio umano

La storia inizia con Chlamydomonas, un’alga verde composta da una singola cellula. Mescolatela in una capsula, illuminate un lato, e la debole tonalità verde si sposta verso la lampada. L’alga percepisce la luce attraverso un ocello, un minuscolo punto arancione che contiene retinene, la stessa molecola che cattura la luce nei nostri occhi.

Hegemann, allora al Max Planck Institute for Biochemistry di Martinsried, misurò l’ocello con elettrodi fini e trovò un impulso elettrico mezzo millisecondo dopo l’arrivo della luce. Nell’occhio umano, la luce innesca una catena di passaggi chimici prima che un canale ionico si apra, e l’intero processo richiede almeno 10 millisecondi. L’alga era più di venti volte più veloce.

La spiegazione di Hegemann era semplice: una singola proteina doveva fare entrambi i lavori, catturare la luce e aprire un poro per le particelle cariche. I colleghi dubitavano, perché nessun canale ionico conosciuto rispondeva alla luce da solo. Quando il suo team tentò di estrarre la proteina dall’ocello, questa si disintegrò, e l’idea rimase in stallo per anni.

Come ci sono riusciti

La svolta arrivò quando ricercatori giapponesi rilasciarono le sequenze genetiche di Chlamydomonas. Il gruppo di Hegemann trovò due geni che somigliavano a proteine note per catturare la luce e li inviò a Nagel al Max Planck Institute for Biophysics di Francoforte.

Nagel iniettò ciascun gene in uova di rana, un trucco standard che trasforma un uovo in una fabbrica per una proteina estranea. Le proteine si depositarono sulla superficie delle uova e, quando Nagel illuminò loro, si aprirono. Ioni con carica positiva fluirono attraverso, producendo una corrente elettrica. L’ipotesi di Hegemann era corretta. Il team chiamò le due proteine channelrhodopsin-1 e channelrhodopsin-2, e la seconda si apriva entro 0,2 millisecondi da un impulso di luce.

In cellule renali embrionali umane e in cellule di criceto, la channelrhodopsin-2 produceva anche segnali elettrici sotto luce. La proteina si comportava come un interruttore portatile: qualsiasi cellula che portava il gene rispondeva alla luce.

Deisseroth stava cercando esattamente quello. Formatosi come psichiatra, era stato colpito durante il suo lavoro clinico da quanto poco i trattamenti esistenti aiutassero i pazienti con depressione o schizofrenia, e voleva studiare i circuiti in un cervello vivente piuttosto che in sottili fettine di tessuto. Scrisse a Nagel chiedendo il gene della channelrhodopsin-2, lo inserì in neuroni di ratto in coltura e li espose a luce blu. I neuroni si attivavano a comando, e il segnale passava alle cellule vicine.

Il suo gruppo quindi consegnò il gene a un tipo di cellula nella corteccia motoria di topi vivi e infilò una sottile fibra ottica attraverso un piccolo foro nel cranio. Impulsi di luce facevano muovere i baffi agli animali. In un altro esperimento, la luce diretta a un circuito sospetto per la veglia svegliava i topi addormentati.

Perché la luce ha battuto elettrodi e farmaci

Un elettrodo stimola ogni neurone vicino alla sua punta, indipendentemente dal suo tipo. Un farmaco si diffonde attraverso il tessuto e agisce in minuti. L’optogenetica è precisa in due modi contemporaneamente. Il gene va solo in un tipo di cellula scelto, e la luce accende quelle cellule in millisecondi, eguagliando la velocità dei veri segnali nervosi. Francis Crick, che condivise un Premio Nobel per la doppia elica del DNA, aveva suggerito che la luce sarebbe stato il modo ideale per controllare singoli neuroni, ammettendo comunque che l’idea sembrava inverosimile.

La precisione è importante a causa della scala. Un cervello umano adulto contiene circa 90 miliardi di cellule nervose, ciascuna collegata a migliaia di altre, e neuroni con lavori non correlati giacciono intrecciati insieme. Lavorando con il premio Nobel Susumu Tonegawa, il team di Deisseroth riattivò le cellule specifiche che immagazzinavano un ricordo di paura nei topi, e gli animali mostravano paura in un luogo dove nulla li minacciava. Altri gruppi hanno mappato i circuiti per la sete, l’attenzione e la febbre, hanno scoperto che radunare i cuccioli in un nido e pulirli funzionano su circuiti separati nei topi, e hanno dimostrato che un cuore costretto a battere più forte può intensificare l’ansia.

Cosa il premio non stabilisce

L’optogenetica è ancora principalmente uno strumento di ricerca, non una terapia. Usarla nelle persone significa inserire un gene estraneo in cellule umane, di solito con un virus modificato, e far arrivare la luce in profondità nei tessuti, che nel cervello richiede un impianto. Nessuno dei due passaggi è di routine nei pazienti, e la sicurezza a lungo termine di portare una proteina di alghe in neuroni umani non è stata stabilita.

Il risultato umano più chiaro è limitato. Un uomo cieco da 40 anni a causa di retinite pigmentosa ha ricevuto un gene della channelrhodopsin in un occhio e occhiali che proiettano impulsi di luce sulla retina. Ha recuperato abbastanza vista da localizzare e contare oggetti su un tavolo, secondo un caso clinico su Nature Medicine nel 2021. Un paziente è una prova di principio, non una prova che il trattamento funzioni in generale, e gli studi sono ancora in corso.

Il premio traccia anche una linea in un campo affollato. Le regole del Nobel consentono al massimo tre vincitori per premio. L’articolo del 2005 che per primo fece scattare i neuroni con la channelrhodopsin-2 fu scritto nel laboratorio di Deisseroth con Edward Boyden come primo autore e Feng Zhang e il biofisico Ernst Bamberg come coautori. Gero Miesenböck a Oxford aveva precedentemente fatto scattare i neuroni in risposta alla luce usando un diverso sistema fotosensibile. Bamberg, Boyden e Miesenböck hanno condiviso il Brain Prize 2013 per l’optogenetica con i tre vincitori di quest’anno, ma non fanno parte del Nobel.

Da un uovo di rana a Stoccolma

Il percorso verso il premio è passato attraverso una manciata di articoli. Nagel, Hegemann e colleghi hanno descritto la channelrhodopsin-1 su Science nel 2002 e la channelrhodopsin-2 su PNAS nel 2003. Il gruppo di Deisseroth ha riportato neuroni controllati dalla luce su Nature Neuroscience nel 2005, il metodo ha ottenuto il suo nome nel 2006, e il primo controllo di neuroni all’interno di un cervello di topo vivente è seguito nel 2007. L’esperimento sulla memoria della paura con Tonegawa è arrivato nel 2012.

Domande comuni sul Premio Nobel per la Medicina 2026

Chi ha vinto il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina 2026?

Karl Deisseroth della Stanford University e dell’Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann della Humboldt University di Berlino, e Georg Nagel dell’Università di Würzburg. Sono stati onorati per le scoperte riguardanti i canali ionici foto-attivati e l’optogenetica, e dividono equamente 12 milioni di corone svedesi.

Cos’è l’optogenetica in termini semplici?

È un modo per controllare cellule nervose scelte con la luce. I ricercatori aggiungono un gene per una proteina fotosensibile, come la channelrhodopsin, a un tipo di neurone. Illuminare con luce del colore giusto accende o spegne quelle cellule in millisecondi, permettendo agli scienziati di testare cosa fa ciascun tipo di cellula.

L’optogenetica viene usata per trattare pazienti?

Non ancora come terapia approvata. Studi clinici la stanno testando per ripristinare la vista parziale in persone accecate dalla retinite pigmentosa, e un paziente trattato ha recuperato la capacità di localizzare e contare oggetti con occhiali speciali. I ricercatori sperano anche che possa rendere gli impianti cocleari più precisi della stimolazione elettrica.

I tre vincitori riceveranno le loro medaglie e diplomi alla cerimonia di premiazione del Nobel a Stoccolma il 10 dicembre. L’alga che ha dato inizio a tutto nuota ancora verso la luce nell’acqua degli stagni, e la proteina nel suo ocello ora si apre a comando in laboratori di tutto il mondo.

Riferimento: Nagel et al., “Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel,” PNAS, 2003. DOI: 10.1073/pnas.1936192100. Boyden et al., “Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity,” Nature Neuroscience, 2005. DOI: 10.1038/nn1525

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