Nobelprisen i medisin 2026 går til et algeprotein som slår på nerveceller med lys

Et protein som hjelper en encellet grønn alge med å svømme mot lyset, er grunnen til at forskere nå kan skru én type hjernecelle av eller på med et blått lysglimt. Nobelkomiteen ved Karolinska Institutet har tildelt sin pris i fysiologi eller medisin til de tre forskerne som fant dette proteinet og gjorde det til et verktøy: Karl Deisseroth fra Stanford University og Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann fra Humboldt-universitetet i Berlin, og Georg Nagel fra Universitetet i Würzburg.

Metoden kalles optogenetikk, og den har endret hva hjerneforskning kan bevise. Nevroforskere kunne allerede se hvilke områder som ble aktive under frykt eller sult, men de kunne sjelden vise at en bestemt type nevron forårsaket følelsen. Med optogenetikk kan de skru på disse cellene i et levende dyr og se atferden oppstå, eller skru dem av og se den stoppe. Laboratorier har siden brukt metoden til å kartlegge kretser for hukommelse, smerte, tørste, søvn og sosial atferd, og den testes nå som behandling for én form for blindhet.

Komiteen begrunnet prisen med «deres oppdagelser vedrørende lysstyrte ionekanaler og optogenetikk». De vil dele 12 millioner svenske kroner likt. «Optogenetikk gir muligheter til å kartlegge hjernen på en måte vi tidligere bare kunne drømme om,» sa Per Svenningsson, leder av Nobelkomiteen for fysiologi eller medisin.

En alge som reagerer 20 ganger raskere enn øyet ditt

Historien begynner med Chlamydomonas, en grønn alge som består av én enkelt celle. Rør den ut i en skål, lys på den ene siden, og den svake grønne fargen driver mot lampen. Algen sanser lys gjennom et øyeflekk, en bitte liten oransje prikk som inneholder retinal, det samme lysfangende molekylet som finnes i våre egne øyne.

Hegemann, den gang ved Max Planck-instituttet for biokjemi i Martinsried, målte øyeflekken med fine elektroder og fant en elektrisk impuls et halvt millisekund etter at lyset kom. I det menneskelige øyet setter lys i gang en kjede av kjemiske trinn før en ionekanal åpner seg, og hele prosessen tar minst 10 millisekunder. Algen var mer enn tjue ganger raskere.

Hegemanns forklaring var enkel: ett protein måtte gjøre begge jobbene – fange lys og åpne en pore for ladede partikler. Kolleger tvilte på det, fordi ingen kjent ionekanal reagerte på lys alene. Da teamet hans prøvde å trekke proteinet ut av øyeflekken, falt det fra hverandre, og ideen stoppet opp i årevis.

Slik gjorde de det

Gjennombruddet kom da japanske forskere offentliggjorde genetiske sekvenser fra Chlamydomonas. Hegemanns gruppe fant to gener som lignet kjente lysfangende proteiner, og sendte dem til Nagel ved Max Planck-instituttet for biofysikk i Frankfurt.

Nagel injiserte hvert gen i froskegg, et standard triks som gjør egget til en fabrikk for et fremmed protein. Proteinene slo seg ned på overflaten av eggene, og da Nagel lyste på dem, åpnet de seg. Positivt ladede ioner strømmet gjennom og produserte en elektrisk strøm. Hegemanns hypotese var riktig. Teamet kalte de to proteinene kanalrhodopsin-1 og kanalrhodopsin-2, og det andre åpnet seg innen 0,2 millisekunder etter et lysglimt.

I humane embryonale nyreceller og hamster-celler produserte kanalrhodopsin-2 også elektriske signaler under lys. Proteinet oppførte seg som en bærbar bryter: enhver celle som bar genet, ville svare på lys.

Deisseroth var på jakt etter nettopp dette. Utdannet som psykiater, hadde han under sitt kliniske arbeid blitt slått av hvor lite eksisterende behandlinger hjalp pasienter med depresjon eller schizofreni, og han ønsket å studere kretser i en levende hjerne i stedet for i tynne vevsskiver. Han skrev til Nagel og ba om genet for kanalrhodopsin-2, satte det inn i rotte-nevroner som vokste i en skål, og eksponerte dem for blått lys. Nevronene fyrte av på kommando, og signalet gikk videre til naboceller.

Gruppen hans leverte deretter genet til én celletype i motorcortex hos levende mus og trædde en tynn optisk fiber gjennom et lite hull i skallen. Lyspulser fikk dyrene til å bevege værhårene. I et annet eksperiment vekket lys rettet mot en antatt våkenhetskrets sovende mus.

Hvorfor lys slo elektroder og medisiner

En elektrode stimulerer alle nevroner nær tuppen, uansett type. Et medikament sprer seg gjennom vev og virker over minutter. Optogenetikk er presis på to måter samtidig. Genet går bare inn i en valgt celletype, og lys skrur disse cellene av eller på innen millisekunder, i takt med ekte nervesignaler. Francis Crick, som delte en Nobelpris for DNA-dobbelthelixen, hadde foreslått at lys ville være den ideelle måten å kontrollere enkeltnevroner på, samtidig som han innrømmet at ideen hørtes langsøkt ut.

Presisjon betyr noe på grunn av skalaen. En voksen menneskehjerne rommer omtrent 90 milliarder nerveceller, hver koblet til tusenvis av andre, og nevroner med ubeslektede oppgaver sitter sammenfiltret. I samarbeid med nobelprisvinner Susumu Tonegawa reaktiverte Deisseroths team de spesifikke cellene som lagret en fryktminne hos mus, og dyrene viste frykt på et sted der ingenting truet dem. Andre grupper har kartlagt kretser for tørste, oppmerksomhet og feber, funnet ut at det å samle unger i et rede og stelle dem styres av separate kretser hos mus, og vist at et hjerte som tvinges til å slå hardere, kan forsterke angst.

Det prisen ikke avgjør

Optogenetikk er fortsatt hovedsakelig et forskningsverktøy, ikke en terapi. Å bruke det på mennesker innebærer å sette inn et fremmed gen i menneskeceller, vanligvis med et modifisert virus, og få lys dypt inn i vev, noe som i hjernen krever et implantat. Ingen av trinnene er rutine hos pasienter, og den langsiktige sikkerheten ved å bære et algeprotein i menneskelige nevroner er ikke etablert.

Det tydeligste menneskelige resultatet er smalt. En mann som hadde vært blind i 40 år på grunn av retinitis pigmentosa, fikk et kanalrhodopsin-gen i det ene øyet og briller som projiserer lyspulser på netthinnen. Han fikk tilbake nok syn til å lokalisere og telle gjenstander på et bord, ifølge en kasusrapport i Nature Medicine i 2021. Én pasient er et prinsippbevis, ikke bevis for at behandlingen virker bredt, og forsøkene pågår fortsatt.

Prisen trekker også en linje gjennom et tett felt. Nobelreglene tillater maksimalt tre prismottakere per pris. Artikkelen fra 2005 som først skrudde på nevroner med kanalrhodopsin-2, ble skrevet i Deisseroths laboratorium med Edward Boyden som førsteforfatter og Feng Zhang og biofysiker Ernst Bamberg som medforfattere. Gero Miesenböck ved Oxford hadde tidligere fått nevroner til å fyre av som svar på lys ved hjelp av et annet lysfølsomt system. Bamberg, Boyden og Miesenböck delte Brain Prize i 2013 for optogenetikk med årets tre prismottakere, men de er ikke en del av Nobelprisen.

Fra et froskegg til Stockholm

Veien til prisen gikk gjennom en håndfull artikler. Nagel, Hegemann og kolleger beskrev kanalrhodopsin-1 i Science i 2002 og kanalrhodopsin-2 i PNAS i 2003. Deisseroths gruppe rapporterte lysstyrte nevroner i Nature Neuroscience i 2005, metoden fikk navnet sitt i 2006, og den første kontrollen av nevroner inne i en levende musehjerne fulgte i 2007. Fryktminne-eksperimentet med Tonegawa kom i 2012.

Vanlige spørsmål om Nobelprisen i medisin 2026

Hvem vant Nobelprisen i fysiologi eller medisin 2026?

Karl Deisseroth fra Stanford University og Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann fra Humboldt-universitetet i Berlin, og Georg Nagel fra Universitetet i Würzburg. De ble hedret for oppdagelser vedrørende lysstyrte ionekanaler og optogenetikk, og de deler 12 millioner svenske kroner likt.

Hva er optogenetikk i enkle ord?

Det er en måte å kontrollere utvalgte nerveceller med lys. Forskere tilfører et gen for et lysfølsomt protein, for eksempel kanalrhodopsin, til én type nevron. Ved å lyse med riktig farge kan de så skru disse cellene av eller på innen millisekunder, noe som lar forskere teste hva hver celletype gjør.

Brukes optogenetikk til å behandle pasienter?

Ikke som en godkjent behandling ennå. Kliniske forsøk tester det for å gjenopprette delvis syn hos personer som er blindet av retinitis pigmentosa, og én behandlet pasient fikk tilbake evnen til å lokalisere og telle gjenstander med spesielle briller. Forskere håper også at det kan gjøre cochleaimplantater mer presise enn elektrisk stimulering.

De tre prismottakerne vil motta medaljene og diplomene sine under Nobelprisutdelingen i Stockholm 10. desember. Algen som startet det hele, svømmer fortsatt mot lyset i damvann, og proteinet i øyeflekken åpner seg nå på kommando i laboratorier over hele verden.

Reference: 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

Tagger: Nobelprisen, channelrhodopsin, Georg Nagel, Karl Deisseroth, nevrovitenskap, optogenetikk