Решение Нобелевского комитета было немного неожиданным. Этот вариант шел «номером два» в ставках. На первом месте ожидали, что будет «Оземпик» и средства по борьбе с ожирением. Но сыграла вторая ставка — и она ожидала своего часа достаточно долго. Уже лет десять ждали, что оптогенетика должна получить «Нобеля».

Сама идея восходит чуть ли не к Фрэнсису Крику, который говорил, что можно попробовать управлять нейронами с помощью света. Ранние попытки были, но они были не очень пригодны для широкого применения. Все изменилось благодаря любопытству. Это тот случай, когда в науке что-то развивается за счет того, что кому-то было просто интересно попробовать и разобраться.

Все началось очень давно, еще 200 лет назад, когда открыли хламидомонады — это такие одноклеточные водоросли. Их первооткрыватель, Христиан Эренберг, обнаружил у них красное пятнышко на боку, которое счел маленьким глазом, хотя это одноклеточное существо: десять микрон размером, два жгутика примерно такой же длины. Оно движется с помощью этих жгутиков на один сантиметр в минуту. Можно найти их в зацветшей луже, их еще продают аквариумистам рыбок кормить.

Примерно лет через 30 примерно ботаник из Петербурга Андрей Фаминцын обнаружил, что эти существа плывут на свет. Причем на слабый свет плывут, а от яркого убегают. Позже другой ботаник из Харькова подробно описал тот самый вид, который использовали нынешние нобелевские лауреаты. И этот вид даже в честь него, собственно, назван reinhardtii. Это было в 1888 году.

Ну и плывет на свет и плывет, и ладно. Но немецкий ученый Петер Хегеман в конце XX века заинтересовался: а как, собственно говоря, эта водоросль чувствует свет, каким способом?

Он стал это искать — и с коллегой Нагелем они нашли, что в том самом глазке, который на боку этой водоросли обнаружили еще при ее открытии, при ее описании, есть особое вещество — канальный родопсин.

Родопсин — это класс веществ, которые, например, присутствуют у нас в сетчатке глаза, и мы за счет них видим. В глазу родопсин регистрирует квант света, поглощает его и происходит перестройка белковой структуры молекулы, затем запускается сложная биохимическая реакция, там еще много молекул участвует, они открывают ионный канал. Получается электрический сигнал в нервную клетку.

Белок, который нашли в мембране одноклеточной водоросли, один делает всю эту работу. Он и реагирует на свет, и перестраивается, открывает канал для ионов, и потом через долю секунды его закрывает. И тем самым становится и датчиком, и каналом для прохождения электрического сигнала.

Едва это было открыто в начале 2000-х годов, как немедленно появилось исследование. Буквально три года прошло — и Дайсерот встроил этот самый белок, его ген, в клетки мозга крысы, в нейроны крысы, и попробовал: реагируют ли они на свет? Оказалось, реагируют.

Еще через два года он встроил этот самый ген в живую мышь. И оказалось, что можно возбуждать разные области мозга живой мыши с помощью тонкого оптического волокна, посылая импульсы синего света.

Что дальше? С помощью определенного гена мы доставляем безвредным вирусом этот ген в нужные клетки. Можно нацелить очень точно на нейроны строго определенного типа. Более того, можно, например, активировать какие-то нейроны какими-то событиями — и заставить их только на них реагировать, этот вирус — встраивать туда ген. Тем самым можно помечать нейроны очень тонко.

И дальше по световоду можно управлять этими помеченными нейронами и смотреть, какие нейронные сети при этом возбуждаются, и какие действия происходят.

Например, можно, направляя свет на орексиновые нейроны, которые управляют сном, заставить мышь проснуться. Просто по световоду в мозг посылаешь — она просыпается.

Можно включить голод, и мышь начинает есть, хотя она сыта. Можно включить агрессию — она начинает нападать, хотя ей ничего не угрожает. Можно управлять дофаминовыми нейронами, влияя на зависимости, «паркинсоновыми» нейронами. В общем, самые разные возможности.

И с этого момента сразу же пошло огромное количество исследований в области того, какие нейроны на что влияют: вот эти нейроны мы сделаем светочувствительными, потом подействуем на них, потом посмотрим, как будет реакция.

А сейчас уже пошла терапия. Например, есть такое заболевание — пигментный ретинит, когда у человека, по сути дела, перестает работать сетчатка. В ней, вот в сетчатке, retina, ее собственные фоторецепторные молекулы перестают работать, и человек слепнет. И это было необратимо.

Сейчас сделали такую штуку: взяли вот этот канальный белок и стали доставлять его не в клетки сетчатки, а в клетки следующего слоя, которые вообще-то в норме не светочувствительные. И они становятся светочувствительными.

И за счет этого удается добиться частичного восстановления зрения. Не полного, но, по крайней мере, человек, например, может видеть зебру на пешеходном переходе, тогда как до этого он вообще ничего не видел, кроме размытого света с большим трудом.

Это годится при любых поломках, то есть независимо от того, почему этот ретинит возник. Сейчас такой метод лечения проходит регистрацию, его еще не одобрили, но приняли заявку на регистрацию.

Уже на подходе также же лечение расстройств слуха, когда можно встроить светочувствительный белок в слуховые клетки и передавать с помощью слухового импланта светом сигналы в отказавшиеся слуховые клетки. Или для управления ритмом сердца. Это все перспективные направления.

Сейчас оптогенетика, построенная на этом методе, используется в тысячах лабораторий, и это и исследовательские работы, и медицинские работы. Это невероятное направление. И все из водорослей из лужи, которую может каждый налить себе и посмотреть под микроскопом.