Le Nobel de médecine 2026 couronne l’optogénétique, l’algue qui allume les neurones

Une protéine qui aide une algue unicellulaire d’étang à nager vers la lumière est la raison pour laquelle les scientifiques peuvent aujourd’hui activer ou désactiver un type de cellule cérébrale avec un éclair de lumière bleue. L’Assemblée Nobel de l’Institut Karolinska a décerné son prix de physiologie ou médecine aux trois chercheurs qui ont découvert cette protéine et l’ont transformée en outil : Karl Deisseroth de l’Université Stanford et du Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann de l’Université Humboldt de Berlin, et Georg Nagel de l’Université de Würzburg.

La méthode est appelée optogénétique, et elle a changé ce que la recherche sur le cerveau peut prouver. Les neuroscientifiques pouvaient déjà voir quelles régions devenaient actives pendant la peur ou la faim, mais ils pouvaient rarement montrer qu’un type particulier de neurone provoquait le sentiment. Avec l’optogénétique, ils peuvent activer ces cellules chez un animal vivant et observer le comportement apparaître, ou les désactiver et voir le comportement s’arrêter. Depuis, les laboratoires l’ont utilisée pour localiser les circuits de la mémoire, de la douleur, de la soif, du sommeil et du comportement social, et elle est maintenant testée comme traitement pour une forme de cécité.

Le comité a cité les trois chercheurs « pour leurs découvertes concernant les canaux ioniques sensibles à la lumière et l’optogénétique ». Ils partageront 12 millions de couronnes suédoises à parts égales. « L’optogénétique offre des opportunités pour cartographier le cerveau d’une manière dont nous ne pouvions autrefois que rêver », a déclaré Per Svenningsson, président du Comité Nobel de physiologie ou médecine.

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Une algue qui réagit 20 fois plus vite que votre œil

L’histoire commence avec Chlamydomonas, une algue verte composée d’une seule cellule. Remuez-la dans une boîte, éclairez un côté, et la teinte vert pâle dérive vers la lampe. L’algue perçoit la lumière à travers une tache oculaire, un minuscule point orange contenant du rétinal, la même molécule captant la lumière que celle présente dans nos propres yeux.

Hegemann, alors à l’Institut Max Planck de biochimie à Martinsried, a mesuré la tache oculaire avec des électrodes fines et a trouvé une impulsion électrique une demi-milliseconde après l’arrivée de la lumière. Dans l’œil humain, la lumière déclenche une chaîne de réactions chimiques avant qu’un canal ionique ne s’ouvre, et le processus entier prend au moins 10 millisecondes. L’algue était plus de vingt fois plus rapide.

L’explication de Hegemann était simple : une seule protéine devait faire les deux tâches, capter la lumière et ouvrir un pore pour les particules chargées. Ses collègues en doutaient, car aucun canal ionique connu ne répondait à la lumière de lui-même. Lorsque son équipe a essayé d’extraire la protéine de la tache oculaire, elle s’est désintégrée, et l’idée a été mise en attente pendant des années.

Comment ils ont fait

La percée est venue lorsque des chercheurs japonais ont publié des séquences génétiques de Chlamydomonas. Le groupe de Hegemann a trouvé deux gènes ressemblant à des protéines captant la lumière connues et les a envoyés à Nagel à l’Institut Max Planck de biophysique à Francfort.

Nagel a injecté chaque gène dans des œufs de grenouille, une astuce standard qui transforme un œuf en usine à produire une protéine étrangère. Les protéines se sont installées à la surface des œufs, et lorsque Nagel les a éclairées, elles se sont ouvertes. Des ions chargés positivement ont traversé, produisant un courant électrique. L’hypothèse de Hegemann était juste. L’équipe a nommé les deux protéines channelrhodopsine-1 et channelrhodopsine-2, et la seconde s’ouvrait en 0,2 milliseconde après une impulsion lumineuse.

Dans des cellules de rein embryonnaire humain et des cellules de hamster, la channelrhodopsine-2 produisait également des signaux électriques sous la lumière. La protéine se comportait comme un interrupteur portable : toute cellule portant le gène répondait à la lumière.

Deisseroth cherchait exactement cela. Formé comme psychiatre, il avait été frappé pendant son travail clinique par le peu d’efficacité des traitements existants pour les patients souffrant de dépression ou de schizophrénie, et il voulait étudier les circuits dans un cerveau vivant plutôt que dans de fines tranches de tissu. Il a écrit à Nagel pour demander le gène de la channelrhodopsine-2, l’a inséré dans des neurones de rat cultivés dans une boîte et les a exposés à la lumière bleue. Les neurones ont déchargé sur commande, et le signal est passé aux cellules voisines.

Son groupe a ensuite délivré le gène à un type de cellule du cortex moteur de souris vivantes et a inséré une fine fibre optique à travers un petit trou dans le crâne. Des impulsions de lumière ont fait bouger les moustaches des animaux. Dans une autre expérience, la lumière dirigée vers un circuit de veille suspecté a réveillé des souris endormies.

Pourquoi la lumière a battu les électrodes et les médicaments

Une électrode stimule tous les neurones près de sa pointe, quel que soit leur type. Un médicament se propage dans le tissu et agit sur des minutes. L’optogénétique est précise de deux manières à la fois. Le gène ne va que dans un type de cellule choisi, et la lumière active ces cellules en quelques millisecondes, correspondant à la vitesse des signaux nerveux réels. Francis Crick, qui a partagé un prix Nobel pour la double hélice de l’ADN, avait suggéré que la lumière serait le moyen idéal de contrôler des neurones individuels, tout en admettant que l’idée semblait tirée par les cheveux.

La précision compte à cause de l’échelle. Un cerveau humain adulte contient environ 90 milliards de cellules nerveuses, chacune connectée à des milliers d’autres, et des neurones ayant des fonctions sans rapport sont entrelacés. Travaillant avec le lauréat du Nobel Susumu Tonegawa, l’équipe de Deisseroth a réactivé les cellules spécifiques qui stockaient un souvenir de peur chez des souris, et les animaux ont montré de la peur dans un endroit où rien ne les menaçait. D’autres groupes ont cartographié des circuits pour la soif, l’attention et la fièvre, ont découvert que rassembler les petits dans un nid et les toiletter reposent sur des circuits séparés chez la souris, et ont montré qu’un cœur forcé de battre plus fort peut intensifier l’anxiété.

Ce que le prix ne règle pas

L’optogénétique est encore principalement un outil de recherche, pas une thérapie. L’utiliser chez l’humain implique d’insérer un gène étranger dans des cellules humaines, généralement avec un virus modifié, et de faire pénétrer la lumière profondément dans le tissu, ce qui dans le cerveau nécessite un implant. Aucune de ces étapes n’est courante chez les patients, et la sécurité à long terme de porter une protéine d’algue dans des neurones humains n’a pas été établie.

Le résultat humain le plus clair est limité. Un homme aveugle depuis 40 ans à cause d’une rétinite pigmentaire a reçu un gène de channelrhodopsine dans un œil et des lunettes qui projettent des impulsions lumineuses sur la rétine. Il a retrouvé assez de vue pour localiser et compter des objets sur une table, selon un rapport de cas dans Nature Medicine en 2021. Un patient est une preuve de principe, pas une preuve que le traitement fonctionne largement, et les essais sont toujours en cours.

Le prix trace également une ligne à travers un domaine très fréquenté. Les règles du Nobel autorisent au maximum trois lauréats par prix. L’article de 2005 qui a d’abord activé des neurones avec la channelrhodopsine-2 a été écrit dans le laboratoire de Deisseroth avec Edward Boyden comme premier auteur et Feng Zhang et le biophysicien Ernst Bamberg comme co-auteurs. Gero Miesenböck à Oxford avait plus tôt rendu des neurones sensibles à la lumière en utilisant un système différent sensible à la lumière. Bamberg, Boyden et Miesenböck ont partagé le Brain Prize 2013 pour l’optogénétique avec les trois lauréats de cette année, mais ils ne font pas partie du Nobel.

D’un œuf de grenouille à Stockholm

Le chemin vers le prix est passé par une poignée d’articles. Nagel, Hegemann et leurs collègues ont décrit la channelrhodopsine-1 dans Science en 2002 et la channelrhodopsine-2 dans PNAS en 2003. Le groupe de Deisseroth a rapporté des neurones contrôlés par la lumière dans Nature Neuroscience en 2005, la méthode a reçu son nom en 2006, et le premier contrôle de neurones dans un cerveau de souris vivant a suivi en 2007. L’expérience de la mémoire de peur avec Tonegawa est venue en 2012.

Questions courantes sur le prix Nobel de médecine 2026

Qui a gagné le prix Nobel de physiologie ou médecine 2026 ?

Karl Deisseroth de l’Université Stanford et du Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann de l’Université Humboldt de Berlin, et Georg Nagel de l’Université de Würzburg. Ils ont été honorés pour leurs découvertes concernant les canaux ioniques sensibles à la lumière et l’optogénétique, et ils partagent 12 millions de couronnes suédoises à parts égales.

Qu’est-ce que l’optogénétique en termes simples ?

C’est une façon de contrôler des cellules nerveuses choisies avec de la lumière. Les chercheurs ajoutent un gène pour une protéine sensible à la lumière, comme la channelrhodopsine, à un type de neurone. Ensuite, éclairer avec la bonne couleur active ou désactive ces cellules en quelques millisecondes, ce qui permet aux scientifiques de tester ce que fait chaque type de cellule.

L’optogénétique est-elle utilisée pour traiter des patients ?

Pas encore comme thérapie approuvée. Des essais cliniques la testent pour restaurer une vision partielle chez des personnes aveugles à cause d’une rétinite pigmentaire, et un patient traité a retrouvé la capacité de localiser et compter des objets avec des lunettes spéciales. Les chercheurs espèrent aussi qu’elle pourrait rendre les implants cochléaires plus précis que la stimulation électrique.

Les trois lauréats recevront leurs médailles et diplômes lors de la cérémonie de remise du prix Nobel à Stockholm le 10 décembre. L’algue qui a tout commencé nage toujours vers la lumière dans l’eau des étangs, et la protéine dans sa tache oculaire s’ouvre maintenant sur commande dans les laboratoires du monde entier.

Référence : 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

Étiquettes: Prix Nobel, channelrhodopsin, Georg Nagel, Karl Deisseroth, neurosciences, optogénétique

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