קארל דייסרות, פטר הגמן וגאורג נאגל זכו בפרס על גילוי תעלות יונים המופעלות באור ועל פיתוח האופטוגנטיקה, המאפשרת לחקור כיצד תאי עצב מעצבים זיכרונות, רגשות והתנהגות
ועדת הנובל במכון קרולינסקה הודיעה היום, 5 באוקטובר, כי פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 2026 יוענק במשותף לקארל דייסרות (Karl Deisseroth), לפטר הגמן (Peter Hegemann) ולגאורג נאגל (Georg Nagel), על תגליותיהם בתחום תעלות היונים המופעלות באור והאופטוגנטיקה. סכום הפרס, 12 מיליון קרונות שוודיות, יחולק שווה בשווה בין שלושת הזוכים.
דייסרות פועל במכון הרפואי הווארד יוז ובאוניברסיטת סטנפורד בארצות הברית; הגמן באוניברסיטת הומבולדט בברלין; ונאגל באוניברסיטת וירצבורג בגרמניה.
האופטוגנטיקה מאפשרת לחוקרים להפעיל תאי עצב באמצעות אור ולבחון כיצד פעילותם מעצבת זיכרונות, רגשות והתנהגות במוח החי. הגמן ונאגל גילו באצה חד־תאית חלבון בעל תכונות יוצאות דופן, צ'אנלרודופסין (channelrhodopsin). דייסרות הפך אותו למתג המאפשר לשלוט בפעילות תאי עצב באמצעות אור. לדברי ועדת הנובל, עבודתם הניחה את היסודות לעידן חדש במדעי המוח.
מאצה הנעה לעבר האור לכלי לחקר המוח
היכולת של המוח לווסת רגשות, התנהגות ותפקודים גופניים הייתה במשך זמן רב בגדר תעלומה. במאה ה־20 החלו חוקרים לבדוק אילו אזורים במוח משפיעים על אילו תפקודים, אך השיטות ששימשו אותם לא אפשרו להוכיח קשרים סיבתיים. התמונה שהתקבלה דמתה למפת סקיצה, מלאה בסימני שאלה ובאזורים לא מוכרים. האופטוגנטיקה פתחה דרך לבחון את הקשרים האלה באמצעות שינוי מבוקר בפעילות עצבית.
״האופטוגנטיקה מספקת אפשרויות למיפוי המוח בדרכים שבעבר יכולנו רק לחלום עליהן״, אמר פר סוונינגסון (Per Svenningsson), יו״ר ועדת הנובל לפיזיולוגיה או לרפואה.
ראשיתו של הסיפור בסקרנותו של פטר הגמן. הוא ביקש להבין כיצד כלמידומונס (Chlamydomonas), אצה חד־תאית, מסוגלת לשחות לעבר מקור אור. בתחילת שנות ה־2000 גילו הוא וגאורג נאגל את הצ'אנלרודופסין: חלבון המצוי על פני התא, שבחשיפה לאור כחול נפתחת בו תעלה.
דרך התעלה זורמים אל התא יונים טעונים, ונוצרת תגובה חשמלית. החוקרים מצאו כי גם כאשר העבירו את החלבון לתאים אחרים, התאים נעשו רגישים לאור. כך נחשפה האפשרות להשתמש במנגנון החישה של האצה ככלי לשליטה בפעילות של תאים מסוגים אחרים.
הפעלת תאי עצב בחולדות ובמוחם של עכברים חיים
קארל דייסרות החדיר את הגן המקודד לצ'אנלרודופסין לתאי עצב של חולדות. כאשר האיר עליהם באור כחול, הצליח לעורר אות עצבי. פריצת הדרך פורסמה ב־2005. כעבור שנתיים הצליח להפעיל את המתג הנשלט באור גם במוחם של עכברים חיים.
השיטה לשליטה באותות עצביים באמצעות אור נקראת כיום אופטוגנטיקה, והיא התפשטה במהירות במעבדות ברחבי העולם. באמצעותה הצליחו חוקרים לחשוף מעגלים עצביים המעורבים בזיכרונות, ברגשות ובהתנהגויות מסוימים, הרלוונטיים להבנת הפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות.
בתחום הרפואה הקלינית משתמשים חוקרים בשיטה גם בניסיונות להשיב ראייה לאנשים עם לקויות ראייה. מדובר בניסיונות לפיתוח יישומים רפואיים, לצד השימוש הנרחב בשיטה ככלי למחקר בסיסי.
לפי הודעת ועדת הנובל, האופטוגנטיקה שינתה מן היסוד את הבנת המוח. התגליות הנעשות באמצעותה מסייעות לפענח אחת מן התעלומות הגדולות של האנושות: כיצד המוח פועל.
שלושת הזוכים
קארל דייסרות נולד ב־1971. הוא השלים דוקטורט ב־1998 ותואר ברפואה ב־2000, שניהם באוניברסיטת סטנפורד. הוא מחזיק בקתדרה על שם ד״ה צ'ן ומכהן כפרופסור לביו־הנדסה ולפסיכיאטריה ולמדעי ההתנהגות באוניברסיטת סטנפורד, ופועל גם במכון הרפואי הווארד יוז.
פטר הגמן נולד ב־1954. הוא השלים דוקטורט ב־1984 במכון מקס פלאנק לביוכימיה במרטינסריד שבגרמניה. הוא מכהן כפרופסור בכיר למדעי המוח על שם הרטי באוניברסיטת הומבולדט בברלין. התגליות שעליהן הוענק לו הפרס נעשו במכון מקס פלאנק לביוכימיה במרטינסריד.
גאורג נאגל נולד ב־1953. הוא השלים דוקטורט ב־1988 באוניברסיטת פרנקפורט. הוא פרופסור לפיזיולוגיה מולקולרית של הצמח במחלקה לפיזיולוגיה מולקולרית של הצמח ולביופיזיקה, בוטניקה I, באוניברסיטת וירצבורג. התגליות שעליהן הוענק לו הפרס נעשו במכון מקס פלאנק לביופיזיקה בפרנקפורט.
שאלות ותשובות
מהי אופטוגנטיקה?
שיטה המאפשרת לשלוט בפעילות תאים באמצעות אור, לאחר שמחדירים אליהם גן המקודד לחלבון רגיש לאור. בחקר המוח היא מאפשרת להפעיל תאי עצב ולבחון את השפעתם על פעילות המוח ועל התנהגות.
מה תרמו האצות לפיתוח השיטה?
הגמן ונאגל גילו באצה כלמידומונס חלבון שבו תעלת יונים נפתחת בעקבות חשיפה לאור. העברת החלבון לתאים אחרים הפכה גם אותם לרגישים לאור, ודייסרות השתמש בו להפעלת תאי עצב.
מדוע השיטה חשובה לחקר המוח?
היא מאפשרת לשנות באופן מבוקר פעילות עצבית ולבחון את התוצאות. כך אפשר לחקור קשרים סיבתיים בין פעילות תאי עצב לבין זיכרונות, רגשות והתנהגות.
האם משתמשים באופטוגנטיקה לטיפול בבני אדם?
לפי הודעת הנובל, חוקרים משתמשים בה בניסיונות לשיקום ראייה אצל אנשים עם לקויות ראייה. ההודעה מתארת כיוון מחקר קליני ואינה מציגה את השיטה כטיפול כללי שכבר זמין להפרעות מוחיות.
המאמר המדעי
אחד ממאמרי היסוד של התחום, שפורסם ב־2005 ב־Nature Neuroscience:
עוד בנושא באתר הידען
להסבר המדעי המלא: כיצד חלבון מאצה אפשר לשלוט בתאי עצב באמצעות אור
כתבות נוספות בנושא
- ויהי אור — על התפתחות האופטוגנטיקה
- משחקי שליטה
- פרס הארווי לשנת 2016 הוענק על גילוי גלי הכבידה ועל פיתוח האופטוגנטיקה
- מדענים השתמשו בהבזקי אור והצליחו לווסת את עוצמת התקשורת בין אזורי מוח רחוקים זה מזה
- לקראת נובל ברפואה: שש פריצות דרך בביולוגיה שנותרו בלי הפרס