Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel (nella foto) hanno vinto il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina 2026 “per le loro scoperte riguardanti i canali ionici attivati ​​dalla luce e l’optogenetica”, una tecnica che combina genetica e luce per controllare l’attività di specifiche cellule e  osservare cosa accade quando determinati circuiti cerebrali, vengono accesi o spenti usando la luce. Un modo nuovo per studiare memorie, emozioni, comportamenti, diverse funzioni dell’organismo e malattie psichiatriche e neurodegenerative.

Tutto parte, agli inizi degli anni 90,  quando Nagel e Hegemann   scoprirono in un’alga unicellulare chiamata Chlamydomonas, capace di muoversi verso una sorgente luminosa, una proteina, la canalrodopsina.  Perché questo minuscolo organismo si muove verso una fonte di luce? Si chiese Hegemann, che  iniziò ad indagare per capire quale meccanismo permetteva ad una forma vivente così semplice di percepire la luce?  Lo scienziato scoprì che queste  alghe hanno sulla loro superficie una macchia oculare, in pratica un puntino arancione che contiene una molecola capace di reagire alla luce. Quando la macchia viene colpita da luce blu, osservò lo scienziato,   l’alga reagisce in appena mezzo millisecondo, cambiando conformazione e aprendo un canale attraverso la membrana cellulare. Questo canale permette agli ioni di attraversarla e modificare il suo potenziale elettrico:  la  luce viene così trasformata in  segnale elettrico.  

Ad innescare questo meccanismo, secondo Hegemann e Nagel  doveva esserci, però,  una, o più proteine, in grado di catturare la luce e di agire come canale ionico (proteine che permettono il passaggio selettivo di ioni dentro e fuori la cellula). Fu un lavoro di ricerca lungo e solo agli inizi degli anni duemila gli scienziati sono riusciti ad isolare la proteina sensibile alla luce nella mappatura del Dna dell’alga,  elaborata da ricercatori giapponesi.

Hegemann individuò due geni, che creano due proteine che sembravano simili ad altre già conosciute in grado di catturare la luce. In particolare, la canalrodopsina-1 e la canalrodopsina-2 che sono i canali ionici che si aprono quando esposti alla luce. Nagel e Hegemann dimostrarono,  sperimentalmente, che la proteina funzionava anche quando veniva prodotta in cellule diverse da quelle dell’alga: introducendo il gene o i geni, che erano stati isolati, in un’altra cellula, questa diventava, infatti,  sensibile alla luce.

Una scoperta che apriva prospettive nuove nello studio del cervello e decisivo fu il contributo di Karl Deisseroth e colleghi  che introdussero il gene della canalrodopsina nelle cellule nervose di topo, e illuminandole con la luce blu, riuscirono a provocare un impulso elettrico e ad attivare specifiche cellule nervose. Due anni più tardi la tecnica fu utilizzata su topi vivi.

Il lavoro pubblicato nel 2005 contribuì alla nascita dell’optogenetica, che, da allora, ha permesso di attivare artificialmente con la luce determinati neuroni per verificare se un certo comportamento compare, oppure  scompare disattivandoli. Semplicemente usando la luce come un interruttore a distanza.

L’optogenetica rappresenta oggi uno strumento valido per comprendere con maggiore precisione il funzionamento del sistema nervoso e individuare nuovi bersagli terapeutici per condizioni come il Parkinson, l’epilessia, la depressione, le dipendenze ed altri disturbi di natura neurologica dove alla base ci possono essere circuiti cerebrali alterati. Ma l’optogenetica si sta rivelando utile in campo medico, ad esempio, in alcune forme di grave compromissione visiva e nella cura di malattie che portano alla cecità come la retinite pigmentosa, che distrugge i fotorecettori della retina.  Utilizzando proteine simili alla canalrodopsina  nelle cellule danneggiate della retina con l’obiettivo di indurre la generazione di un segnale elettrico, è stato possibile un recupero parziale della vista in alcuni pazienti.

Karl Deisseroth è nato nel 1971 ed è docente di Bioingegneria e di Psichiatria e scienze comportamentali a Stanford e presso l’Howard Hughes Medical Institute, negli Stati Uniti.

Peter Hegemann è nato nel 1954 ed è docente di Neuroscienze alla Humboldt-Universität di Berlino, in Germania. Le ricerche per cui è stato premiato con il Nobel furono condotte al Max Planck Institute.

Georg Nagel è nato nel 1953 ed è docente di Fisiologia molecolare delle piante all’Università di Würzburg, in Germania. Le ricerche per cui è stato premiato con il Nobel furono condotte al Max Planck Institute. (Rita Lena)