От одноклеточной водоросли до управления нейронами светом: как появилась оптогенетика
Нобелевская премия 2026 года за достижения в области естественных наук во многом стала возможной благодаря российским ученым. Открытие в сфере оптогенетики уже помогает пациентам вернуть зрение. Какие именно научные труды легли в основу этого открытия, «Вечерней Москве» рассказал главный научный сотрудник Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН Михаил Островский.
Напомним, что престижную научную премию в области физиологии или медицины присудили Карлу Дейссероту (США), Петеру Хегеману и Георгу Нагелю (Германия) за открытия в области светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики — технологии, позволяющей управлять нейронами мозга с помощью световых импульсов.
Фундаментальные исследования
Истоки этих открытий лежат в Петербургском и Московском университетах.
— История давняя и удивительная, — рассказывает академик Михаил Аркадьевич Островский, главный научный сотрудник Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН. — Еще в середине XIX века академик Петербургской императорской академии наук, профессор Санкт-Петербургского университета, известный ботаник Андрей Сергеевич Фаминцын описал фототаксис (это двигательная реакция организма, при которой он ориентируется и движется по направлению к источнику света или от него) у одноклеточных зеленых водорослей.
Прошло сто с лишним лет, и в конце 1970-х годов профессор биологического факультета МГУ Феликс Федорович Литвин и его молодые сотрудники, братья Олег и Виталий Синещековы, исследуя у этих одноклеточных водорослей фототаксис, показали, что этим процессом управляет светочувствительный белок родопсин, похожий на тот, что имеется у нас в глазу. Их статья была опубликована в журнале Nature и никак не предвещала появление оптогенетики — это были чисто фундаментальные исследования.
Как проверить зрение и правильно носить контактные линзы: 10 ответов врача-офтальмолога
В конце 90-х годов прошлого века два немецких исследователя, которые сегодня стали нобелевскими лауреатами, Петер Хегеман и Георг Нагель, взяли ген родопсина этой самой зеленой водоросли и перенесли в культуру клеток животных. Там этот ген произвел родопсин, который оказался ионным каналом, и при действии света он открывался.
Прошло еще несколько лет, когда Карл Дейссерот, третий будущий нобелевский лауреат, вставил ген родопсина в нервные клетки мозга мыши. Чтобы доставить свет непосредственно в мозг мыши, в череп вживили оптоволоконный кабель со светодиодом. Дейссерот зарегистрировал их импульсную активность, то есть возбуждение. Это означало, что в мозге живой мыши можно управлять физиологической активностью нейронов. Так родилась оптогенетика, основанная на трех китах — физиологии, генной инженерии и свете.
Революция в нейробиологии
С этого момента началась лавина работ на эту тему во многих странах, включая Россию. Сегодня все развитые страны используют методы оптогенетики, изучая сложнейшие процессы в мозгу. Благодаря этим работам сегодня произошла настоящая революция в нейробиологии: мы узнали много нового о механизмах памяти и целого ряда нервных и нейродегенеративных заболеваний.
— Такие работы активно ведутся и в нашей стране, — рассказывает академик Островский. — Например, академик Константин Анохин вводит ген родопсина в мозг мышей, чтобы не только понять процессы формирования памяти, но и попытаться познать механизмы сознания.
Ученые из Института эволюционной физиологии и биохимии имени Сеченова РАН занимаются исследованием патогенеза эпилепсии. В ходе исследований выяснилось: в момент, когда генноизмененная лабораторная мышка испытывает эпилептический припадок, «включают свет» в той области мозга, где происходит приступ, и благодаря торможению нервных клеток, отвечающих за эпилепсию, припадок прекращается.
— Мы с академиком Михаилом Кирпичниковым, профессором РАН Алексеем Малышевым и членом-корреспондентом Михаилом Фирсовым пытаемся с помощью оптогенетических технологий найти подходы к хотя бы частичному возвращению зрения слепым людям, — продолжает Михаил Аркадьевич. — У этого направления огромный потенциал и вполне реальное будущее, которое приближают ученые.
Кстати
Экспериментальная оптогенетическая терапия помогла части незрячих людей снова различать свет и обнаруживать предметы с помощью специальных очков. В исследовании, опубликованном в журнале New England Journal of Medicine, участвовали десять человек с наследственным заболеванием сетчатки — пигментным ретинитом. Все участники практически полностью потеряли зрение. Ученые ввели пациентам в глаз специальный ген родопсин, благодаря которому сохранившиеся клетки сетчатки стали чувствительными к свету. После процедуры участники носили специальные очки с камерой, которые преобразовывали окружающее изображение в световые сигналы, воспринимаемые измененными клетками.
А выпускница Детского технопарка «Альтаир», ученица медицинского класса школы № 1329 Дарья Емолкина выделила антибиотик из бактерии. Разработка девушки относится к категории «виолацеин» — это природный пигмент, который обладает антимикробным действием. Подробнее об этом открытии — в материале «ВМ».