Les pionniers de l'optogénétique récompensés par le prix Nobel

L'Assemblée Nobel de l'Institut Karolinska à Stockholm a décerné lundi le prix Nobel de physiologie ou médecine 2026 à Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel. Les trois scientifiques ont été distingués pour leurs découvertes sur les canaux ioniques activés par la lumière et pour le développement de l'optogénétique, une approche expérimentale qui permet aux chercheurs de contrôler des cellules nerveuses vivantes au moyen de la lumière. Karl Deisseroth est professeur de bioingénierie, de psychiatrie et de sciences du comportement à l'université Stanford, en Californie. Peter Hegemann mène ses recherches à l'université Humboldt de Berlin, tandis que Georg Nagel est professeur à l'université de Würzburg. Leurs travaux ont établi des méthodes aujourd'hui utilisées dans des laboratoires du monde entier pour cartographier les circuits neuronaux avec une précision de l'ordre de la milliseconde.

D'une algue unicellulaire aux circuits vivants

Le fondement scientifique remonte à des travaux sur Chlamydomonas, une algue verte unicellulaire qui détecte les sources lumineuses et nage vers elles. Alors qu'ils travaillaient à l'Institut Max-Planck de biophysique de Francfort, Georg Nagel et Peter Hegemann ont caractérisé la channelrhodopsine-2, une protéine photosensible située dans la tache oculaire de l'algue. La molécule fonctionne comme un canal ionique qui s'ouvre à la lumière, laissant entrer des ions positifs dans la cellule. Les chercheurs ont vérifié ce mécanisme en injectant l'ARN messager codant pour la protéine dans des ovocytes de grenouille et en mesurant les courants électriques obtenus. Georg Nagel s'est ensuite associé à Alexander Gottschalk, aujourd'hui à l'université Goethe de Francfort, pour introduire la protéine dans des vers ronds et observer si des impulsions optiques pouvaient commander le mouvement physique.

Alexander Gottschalk a décrit le moment où la lumière a déclenché un mouvement dans la boîte de culture.

Il a effectivement tressailli dans la boîte de culture quand on allumait la lumière, et là c'était clair : ah, ça marche !

Contrôle du cerveau des mammifères et recherche médicale

Karl Deisseroth a transposé la découverte faite chez l'algue à la biologie des mammifères en encapsulant les gènes des opsines photosensibles dans des virus inoffensifs. Ces vecteurs viraux insèrent les instructions génétiques dans des groupes ciblés de neurones, ce qui conduit les cellules à exprimer les canaux ioniques. Lorsqu'ils sont frappés par des faisceaux de lumière bleue, les canaux s'ouvrent et laissent affluer des ions positifs, générant des impulsions électriques identiques à l'activité cérébrale naturelle. Cette technique a remplacé les méthodes de stimulation électrique plus anciennes, qui stimulaient de vastes régions du cerveau sans sélectionner de types cellulaires précis. L'optogénétique a permis aux scientifiques d'analyser les circuits neuronaux qui régulent la peur, l'addiction, la soif, la prise alimentaire, les rythmes circadiens, la fièvre et la douleur. Elle a également servi à la recherche en laboratoire sur des pathologies neurologiques et psychiatriques, notamment la maladie de Parkinson, l'épilepsie, la dépression, la schizophrénie et des thérapies expérimentales destinées à restaurer la vision.

L'optogénétique est un moteur de découverte. Elle sert à étudier des systèmes complexes au niveau fondamental des cellules.

Éclairages psychiatriques et annonces du laboratoire

Au-delà de l'ingénierie moléculaire, Karl Deisseroth exerce une activité clinique active auprès de patients psychiatriques, une expérience qui nourrit ses protocoles expérimentaux à Stanford. Son laboratoire a récemment mené des essais consistant à modifier le rythme cardiaque par la lumière pour évaluer l'influence de la fréquence cardiaque sur les états cognitifs et les circuits de décision dans le cerveau. Le comité Nobel a prévenu les lauréats par téléphone peu avant l'annonce de 11h30 à Stockholm, lundi. Karl Deisseroth a reçu l'appel tôt le matin en Californie et a prévenu sa famille à la maison, tandis que Georg Nagel a pris l'appel sur une terrasse dans un village italien, après avoir été prévenu à l'avance par un ancien étudiant.

Georg Nagel a commenté sa réaction en apprenant la décision du comité suédois.

C'est une belle sensation, un peu incroyable aussi. Je ne m'y attendais pas vraiment.