В сообщении о медицинском Нобеле на этот раз фигурирует водоросль. Хламидомонада, состоящая из единственной клетки, плывёт к свету; попытка разобраться в этом движении привела учёных к способу управлять нейронами.[3] За открытия светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики Нобелевская ассамблея 5 октября объявила лауреатами Дейссерота, Хегемана и Нагеля.[3]
С их методом исследователь может сделать выбранную группу нервных клеток чувствительной к свету, включить её и наблюдать за поведением животного.[4] Память, эмоции, движения — в каждом случае появляется возможность проверить участие конкретных клеток.[4] До лечения болезней одним лучом тут далеко: Анна Ведель из Нобелевского комитета отдельно напоминает, что оптогенетика остаётся прежде всего исследовательским инструментом.[4]
Что нашлось у водоросли
Петера Хегемана занимал вопрос: как хламидомонада находит источник света? Вместе с Георгом Нагелем он исследовал каналродопсин, белок в оболочке её клетки.[3] При освещении синим светом в белке открывается канал.[3] Внутрь проходят ионы, заряженные частицы, и клетка отвечает электрическим сигналом.[3]
Затем выяснилось, что белок сохраняет эту способность за пределами водоросли.[3] Чужая клетка, в которую его помещали, тоже становилась чувствительной к свету.[3] Это и позволило взяться за нейроны: биологический переключатель оказался переносным.[3]
Дейссерот ввёл ген каналродопсина в нервные клетки крысы и получил то, ради чего затевал опыт: синий свет вызывал нервный импульс.[3] Публикация вышла в 2005 году.[3] Ещё через два года переключатель удалось использовать в мозге живых мышей.[3]
Значит ли это, что достаточно посветить на мозг? Нет. В опыте клетки сначала меняют: введённый ген позволяет им вырабатывать светочувствительный белок.[3] Без такой подготовки освещение не даст того же результата.[3] «Оптогенетика» довольно буквально описывает устройство метода: к работе со светом добавляется генетическое вмешательство.[3]
Увидеть совпадение — ещё не объяснить его
Допустим, во время движения животного прибор записал активность группы нейронов. Что это объясняет? Пока немного. Возможно, клетки запустили движение. Возможно, получили известие о нём. А может быть, сработали вместе с соседями. По одной записи выбрать ответ не получится.
Здесь и нужен световой переключатель. Учёный вмешивается в активность выбранных клеток, затем смотрит, что произошло.[4] Анна Ведель описывает эту разницу как переход от карт и корреляций к проверке причинно-следственных связей.[4] В опытах на мышах можно включать и выключать клетки, проверяя их участие в той или иной функции.[4]
Одного вмешательства, конечно, недостаточно для полного объяснения. Изменилось поведение мыши — теперь надо разобраться почему. И только затем искать, есть ли похожая связь у человека: при сходстве многих функций у человеческого мозга есть способности, которых у мыши нет.[4]
По словам Ведель, основной объём такой работы пока приходится на животных.[4] Исследователи изучают в том числе модели деменции, эпилепсии и зависимости.[4] Они ищут клетки и связи, на которые стоит обратить внимание при изучении человеческого мозга, а не получают готовое лечение непосредственно из мышиного эксперимента.[4]
Человек увидел предметы. Но очки снимать было нельзя
У оптогенетики уже есть и человеческая история, которая помогает понять одновременно возможности метода и его ограничения.[6] В 2021 году группа Жозе-Алена Саэля сообщила в Nature Medicine о частичном восстановлении зрительной функции у одного слепого пациента с пигментным ретинитом.[6] При этом заболевании гибель светочувствительных клеток сетчатки может привести к полной слепоте.[6]
В глаз пациента ввели вирусный вектор, несущий ген светочувствительного белка ChrimsonR.[6] С ним работали специальные очки: они замечали изменения освещённости и проецировали соответствующие световые импульсы на сетчатку.[6] Задача состояла в том, чтобы активировать оставшиеся ганглиозные клетки, которым с помощью генетического вмешательства придали новое свойство.[6]
С обработанным глазом и в этих очках пациент мог замечать разные предметы, определять их положение, считать и касаться их.[6] Во время зрительных заданий исследователи также записывали электроэнцефалограмму: над зрительной корой появлялась активность, связанная с предметами.[6]
Но в статье есть существенная оговорка.[6] Без очков после инъекции пациент предметов не обнаруживал.[6] До вмешательства они оставались невидимыми и с очками, и без них.[6] Сработало сочетание двух частей: изменения клеток и устройства, которое подавало подходящий световой сигнал.[6]
Поэтому точное описание результата звучит скромнее, чем «слепому вернули зрение».[6] Авторы сообщили о частичном функциональном восстановлении у одного человека.[6] Это клинический случай, а не большая сравнительная выборка, и он не доказывает, что тот же результат получит каждый пациент или что метод подходит при любой причине слепоты.[6]
Почему премия досталась исследователям водоросли
Хегеман и Нагель занимались фундаментальной наукой: хотели понять светочувствительность водоросли.[4] Дейссерот смог применить найденный белок к нервным клеткам.[4] Как подчёркивает Ведель, для такого результата понадобилась работа всех троих.[4]
Ведель называет оптогенетику прежде всего инструментом фундаментальной науки и подчёркивает, что работы ещё много.[4] Для читателя здесь полезнее всего различать две новости: исследователи уже умеют гораздо точнее проверять роль нервных клеток; превращение этих знаний в лечение требует отдельных испытаний.[4]
Сама водоросль, разумеется, ничего этого не планировала. Она всего лишь плыла к свету.