Peter Hegemann, le biophysicien qui voulait comprendre comment une algue voit la lumière

Demandez à Peter Hegemann comment les jeunes chercheurs pourraient améliorer l’optogénétique, et il donne à tous les journalistes la même réponse : ils ne devraient pas. Ils devraient plutôt travailler sur quelque chose de nouveau. Voilà une réponse surprenante de la part d’un homme que l’Assemblée Nobel vient de créditer d’en avoir posé les fondements, mais Hegemann a pris l’habitude de quitter un domaine avant qu’il ne se referme sur lui. Lors d’une conférence de presse à l’Université Humboldt de Berlin, il a énuméré les détours de son parcours : chimiste, puis biochimiste, ensuite dix années de physiologie végétale, puis professeur de biochimie et de biophysique. « Et maintenant, je suis neuroscientifique, a-t-il déclaré, alors que je n’ai jamais réalisé une seule expérience en neurosciences de toute ma vie. »

Le prix, partagé avec Georg Nagel, de l’Université de Würzburg, et Karl Deisseroth, de l’Université Stanford, récompense des découvertes sur les canaux ioniques activés par la lumière et l’optogénétique. Le récit du comité commence par lui. « Tout a commencé avec la curiosité de Peter Hegemann », indique son communiqué : il voulait comprendre comment Chlamydomonas, une algue verte unicellulaire, parvient à nager en direction d’une source lumineuse. La réponse était la channelrhodopsine, une protéine qui capte la lumière et ouvre un pore dans la membrane cellulaire en une seule étape. Introduite dans une cellule nerveuse, elle permet aux chercheurs de l’activer à l’aide d’une lumière bleue. Hegemann se souvient encore du premier commentaire de la revue Science à propos de la découverte : « Un canal ionique provenant d’une boue d’étang. » La communauté des spécialistes de Chlamydomonas, ajoute-t-il, n’a pas apprécié.

Rien, ou presque, dans sa scolarité ne laissait présager un tel parcours. Hegemann est né à Münster le 11 décembre 1954 et a grandi à Aix-la-Chapelle, dans une famille de médecins. Dans un lycée classique, il a passé des années à traduire ce dont il se souvient comme de récits fastidieux de guerres romaines et grecques. Seules les sciences, l’art et la musique lui plaisaient. Il jouait de la flûte dans l’orchestre de son école, faisait de la moto et qualifie ses résultats scolaires et universitaires de tout à fait moyens. Il a étudié la chimie à Münster, puis à Munich, où il s’est tourné vers la biochimie.

Le choix qui a façonné sa carrière s’est présenté à l’Institut Max Planck de biochimie, à Martinsried, où il a soutenu son doctorat en 1984 au sein de l’équipe de Dieter Oesterhelt. Il travaillait alors sur l’halorhodopsine, une pompe à chlorure activée par la lumière, issue d’un micro-organisme adapté aux milieux salés. Oesterhelt, se souvient-il, lui avait proposé deux voies : rester auprès de lui aussi longtemps qu’il le souhaitait, jusqu’à la retraite, ou voler de ses propres ailes et partir au bout de cinq ans. Hegemann a choisi la seconde. Un article de Kenneth Foster avançait que le capteur de lumière de l’algue était une rhodopsine, la famille de molécules également présente dans les yeux des animaux. Hegemann a passé une année de postdoctorat dans le laboratoire de Foster, à l’Université de Syracuse, avant de revenir à Martinsried pour diriger sa propre équipe.

Au début des années 1990, il y a trouvé l’énigme qui allait l’occuper pendant une décennie. À l’aide de minuscules électrodes posées sur la tache oculaire de l’algue, il a enregistré une impulsion électrique une demi-milliseconde après l’arrivée de la lumière, soit plus de vingt fois plus rapidement que la succession de réactions chimiques qui transforme la lumière en signal dans l’œil humain. Hegemann en a conclu qu’une seule protéine devait à la fois capter la lumière et faire office de canal ionique. Ses collègues se montraient sceptiques, et la protéine se désagrégeait chaque fois que son équipe tentait de l’isoler. En 1993, il a rejoint l’Université de Regensburg comme professeur de biochimie. Au tournant du millénaire, son équipe a repéré deux candidats dans des séquences génétiques de Chlamydomonas publiées par des chercheurs japonais, puis les a envoyés à Nagel, à l’Institut Max Planck de biophysique de Francfort. Celui-ci les a exprimés dans des ovules de grenouille et a observé leur ouverture sous l’effet de la lumière. Avec Nagel et Ernst Bamberg, Hegemann a décrit la channelrhodopsine-1 dans Science en 2002, puis la channelrhodopsine-2, la variante adoptée par les neurosciences, dans PNAS en 2003.

L’outil s’est rapidement diffusé. En 2005, l’équipe de Deisseroth a utilisé la channelrhodopsine-2 pour déclencher à volonté l’activité de neurones de rat cultivés en laboratoire. La même année, Hegemann a cosigné une étude dans laquelle elle activait l’activité neuronale d’embryons de poulet. À l’Université Humboldt, où il est devenu professeur de biophysique expérimentale, son laboratoire s’est transformé en atelier de création de nouvelles variantes. En 2014, son équipe a modifié la channelrhodopsine pour en faire un canal à chlorure activé par la lumière, capable de réduire au silence les neurones plutôt que de les faire s’activer. Une bourse du Conseil européen de la recherche, attribuée en 2016, a financé la recherche d’enzymes photosensibles, qui a abouti à la découverte de la première rhodopsine hétérodimérique connue. Depuis 2015, il occupe à Berlin une chaire senior Hertie en neurosciences.

La limite de trois noms pour un prix Nobel simplifie une histoire foisonnante, et la carrière de Hegemann montre ce qu’elle laisse de côté. Dieter Oesterhelt, son directeur de thèse, dont les travaux sur les rhodopsines microbiennes ont rendu tout cela possible, a partagé avec Hegemann et Deisseroth le prix Albert Lasker de recherche médicale fondamentale 2021. Mais il est mort en novembre 2022 et le Nobel n’est pas décerné à titre posthume. Bamberg, coauteur des deux articles sur les channelrhodopsines, a partagé le Brain Prize 2013 avec les trois lauréats de cette année, sans figurer parmi eux. Même le lieu des découvertes fait débat. Le comité situe les travaux récompensés à l’Institut de Martinsried, tandis que l’Université de Regensburg affirme que les recherches menées dans ses laboratoires en ont posé les bases. Les perspectives médicales sont elles aussi limitées : le résultat clinique le plus probant concerne un homme atteint de rétinite pigmentaire qui a retrouvé une vision partielle. Hegemann critique également ouvertement la manière dont sa profession récompense les chercheurs. Dans une vidéo publiée en 2023, il a exhorté ses collègues à évaluer les jeunes chercheurs en fonction de l’originalité de leurs travaux plutôt que du nombre de leurs publications après trois ou quatre ans, une pratique qu’ils n’appliquent malheureusement pas, selon lui. Il a aussi confié à la chaîne rbb qu’il avait souvent douté de son choix de rester dans la recherche fondamentale à l’Université Humboldt, faute d’un soutien suffisant.

La nouvelle a failli lui échapper. Il a raconté au site du prix Nobel que, le 5 octobre, il avait ignoré un courriel d’un inconnu lui demandant de le rappeler, jusqu’à ce qu’il reconnaisse l’indicatif suédois grâce à ses voyages en voilier. Lors de la conférence de presse à Humboldt, il a déclaré qu’on ne pouvait pas faire de la recherche dans le but de remporter des prix et a salué une équipe composée d’au moins dix nationalités. La direction de l’université a soutenu l’optobiologie en lançant la construction d’un nouveau bâtiment, dont l’achèvement est prévu en mai 2029. Hegemann conseille toujours le Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy et participe à un projet Synergy du Conseil européen de la recherche, lancé en 2022, qui vise à étendre l’optogénétique à un éventail plus large de systèmes vivants.

La cérémonie de remise des médailles aura lieu à Stockholm le 10 décembre, la veille de son 72e anniversaire, et il prévoit d’y emmener sa famille ainsi que ses principaux collaborateurs. Dans son entretien avec le prix Nobel, il a rappelé que la première étude consacrée à la réaction de Chlamydomonas à la lumière avait été publiée en 1866 par un scientifique russe, qui avait récolté ses algues dans la Neva, à Saint-Pétersbourg, et travaillait sans électricité. Le conseil de Hegemann à ceux qui prendront la relève est le même que celui qu’il donne au sujet de l’optogénétique : il y a tant de créatures intéressantes à étudier.

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