Georg Nagel, le biophysicien qui a fait parler une algue dans un œuf de grenouille

Quand l’appel de Stockholm est parvenu à Georg Nagel, il était assis sur une terrasse, dans les collines entre Naples et Rome, avec des oliviers en contrebas et un citronnier à côté de lui. Il n’y a pas cru. Certains de ses amis tenaient à suivre les annonces des Nobel chaque automne, et il leur disait toujours de garder leur calme. À sa connaissance, un seul patient avait bénéficié de l’optogénétique, la technique rendue possible par ses expériences. Les antipaludéens et l’immunothérapie contre le cancer avaient aidé des multitudes de personnes. Un interrupteur lumineux pour les cellules cérébrales, pensait-il, était encore trop récent pour mériter un prix de médecine.

L’Assemblée Nobel n’était pas de cet avis. Nagel, biophysicien à la University of Würzburg, partage le prix Nobel de physiologie ou médecine avec Peter Hegemann et Karl Deisseroth pour leurs découvertes sur les canaux ioniques activés par la lumière et l’optogénétique. Sa contribution à cette histoire, c’est d’en avoir apporté la preuve. Hegemann soutenait depuis longtemps qu’une protéine du stigma de l’algue verte Chlamydomonas captait la lumière tout en ouvrant un pore au passage des particules chargées, une hypothèse dont beaucoup de collègues doutaient. Nagel, au Max Planck Institute of Biophysics de Francfort, a introduit les gènes candidats dans des ovocytes de grenouille et mesuré leur réaction à l’allumage de la lumière. Les débuts ont été laborieux. Puis, raconte-t-il, un lot de solutions mal préparées et présentant un pH bas a produit un signal net, ce qui lui a permis de comprendre ce qu’il observait. Un accident bien à propos : la première des deux protéines s’est révélée être un canal à protons.

Cette persévérance avait des racines plus anciennes. Nagel est né le 24 août 1953 à Weingarten, en Haute-Souabe. Aîné de cinq enfants, il est tombé gravement malade à l’âge de cinq ans. Pendant que ses frères et sœurs allaient skier dans l’Autriche voisine, il construisait une machine à vapeur et des radios avec les coffrets scientifiques que ses parents lui offraient à chaque Noël. Il passait aussi de nombreuses vacances d’été à subir des opérations à l’hôpital universitaire de Würzburg, la ville où il enseignerait plus tard pendant deux décennies. Il a étudié la biologie et la biophysique à la University of Konstanz, où Ernst Bamberg, son premier professeur de biophysique, est devenu son mentor et où il a contribué, alors qu’il était étudiant, à la création d’un café. Après l’obtention de son diplôme, il a enseigné dans un établissement secondaire privé en Suisse. Une nouvelle opération à Würzburg a finalement mis fin à l’inflammation de ses os ; il s’est mis au deltaplane et a continué à enseigner jusqu’à ce que Bamberg l’invite à Francfort. Il s’y est installé et a soutenu son doctorat à la Goethe University en 1988, après des travaux menés au Max Planck Institute.

Il a ensuite passé cinq ans aux États-Unis comme chercheur postdoctoral, à Yale puis à Rockefeller University. À New York, il a rencontré Anna Maria Musti, biologiste moléculaire originaire de Naples et professeure invitée à Columbia ; elle l’a aidé à élargir son approche biophysique de la science. Ils se sont mariés au Danemark en 1996 et ont une fille. De retour à Francfort, où il dirigeait un groupe de recherche au Max Planck Institute, Nagel et Bamberg ont montré en 1995 que la bactériorhodopsine, une pompe activée par la lumière provenant d’un microbe, fonctionnait lorsqu’elle était exprimée dans des ovocytes de grenouille, rendant ainsi des cellules animales sensibles à la lumière. L’ovocyte de grenouille est devenu le banc d’essai de tout ce qui a suivi.

En 2002, Nagel, Hegemann, Bamberg et leurs collègues ont décrit dans la revue Science la channelrhodopsine-1 comme un canal à protons activé par la lumière ; Musti figure parmi les coauteurs. En 2003, dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, l’équipe de Nagel a montré que la channelrhodopsine-2 s’ouvrait directement sous l’effet de la lumière et laissait passer les ions positifs, et qu’elle fonctionnait dans des cellules rénales humaines, qui se dépolarisaient sous une lumière bleue. Deisseroth a écrit à Nagel pour lui demander le gène, et son équipe de Stanford l’a utilisé en 2005 pour déclencher à volonté l’activité de neurones en culture, dans un article dont Nagel et Bamberg étaient coauteurs. La même année, en collaboration avec Alexander Gottschalk, Nagel a publié l’une des premières utilisations de la channelrhodopsine pour contrôler le comportement d’un animal intact, le ver rond Caenorhabditis elegans, à l’aide d’un mutant qu’il avait conçu pour renforcer le courant.

En 2004, il est arrivé à Würzburg comme professeur de physiologie moléculaire des plantes au Julius von Sachs Institute, une base inattendue pour consacrer deux décennies à élargir l’usage d’un outil de neurosciences. Avec Shiqiang Gao, son équipe a conçu des enzymes contrôlées par la lumière pour les molécules de signalisation cAMP et cGMP, dont CyclOp, décrit en 2015. Il a aussi réorienté la méthode vers les plantes, qui ont besoin de lumière pour vivre et ne possèdent pas le rétinal nécessaire aux rhodopsines. Une étude publiée dans Nature Plants en 2021, dont Nagel était l’auteur principal, a utilisé un canal activé par la lumière provenant d’une algue pour contrôler la croissance de plants de tabac. En 2019, il a rejoint l’Institute of Physiology, où il a poursuivi ses travaux à partir de 2021 en tant que professeur émérite.

Le prix trace aussi une ligne au milieu d’une salle bondée. Les règles des Nobel limitent à trois le nombre de lauréats, et la liste ne comprend pas Bamberg, le mentor de Nagel, devenu par la suite directeur de l’institut de Francfort et coauteur des articles sur la channelrhodopsine. Elle laisse aussi de côté Edward Boyden, premier auteur de l’article de 2005 sur les neurones, et Gero Miesenböck, qui avait auparavant rendu des neurones sensibles à la lumière grâce à un autre système. Tous les six ont reçu le Brain Prize en 2013. Nagel ne cache pas où se situait le risque. Dans des articles de synthèse, Deisseroth a écrit que l’introduction de la channelrhodopsine dans des neurones était un projet très risqué ; lors de sa première interview après l’annonce, Nagel a déclaré que cela l’avait un peu surpris, puisque la protéine s’exprimait si bien dans les cellules rénales. Dans le même temps, il a qualifié de tout à fait essentiel le travail de Deisseroth pour diffuser l’outil et en expliquer le fonctionnement. Les affirmations médicales appellent la même prudence. Le cas humain le mieux documenté est celui d’un homme atteint de rétinite pigmentaire et devenu aveugle, qui a retrouvé une vue limitée après une thérapie génique faisant appel à une channelrhodopsine d’algue, un résultat rapporté en 2021 ; les essais se poursuivent et l’optogénétique reste avant tout une méthode de recherche.

Stockholm a couronné une longue série de distinctions : les prix Wiley et Karl Heinz Beckurts en 2010, tous deux partagés avec Hegemann et Bamberg, le prix Louis-Jeantet de médecine en 2013, le prix Rumford en 2019 et le prix Shaw des sciences de la vie et de médecine en 2020, partagé avec Hegemann et Miesenböck. Il a officiellement pris sa retraite à la fin de juin 2026 ; lui et Musti passent les mois froids près de Naples, où la température moyenne est supérieure de dix degrés à celle de Würzburg, précise-t-il, et où il n’y a pas de brouillard. Son nom figurait encore sur de nouveaux articles, dont une étude de 2025 utilisant une channelrhodopsine conductrice de calcium dans des plaquettes sanguines. L’annonce du 5 octobre 2026 a fait de lui le quinzième lauréat du Nobel de la University of Würzburg.

Il recevra sa médaille à Stockholm le 10 décembre. La protéine qu’il a d’abord réussi à faire fonctionner dans un ovocyte de grenouille s’active désormais à la demande dans des laboratoires du monde entier. La question de savoir si elle aidera un deuxième patient, puis un troisième, est celle à laquelle, selon lui, le prix aurait dû attendre pour répondre.

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