Een piepklein eencellig algje genaamd Chlamydomonas heeft geleid tot een Nobelprijs. Drie wetenschappers die ontdekten hoe je hersencellen met licht kunt besturen, hebben de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde 2026 gewonnen. De prijs eert hun werk aan lichtgestuurde ionkanalen en optogenetica, een techniek die onderzoekers al heeft geholpen herinneringen te activeren en nieuwe mogelijkheden opent voor het herstellen van zicht en het behandelen van hersenaandoeningen.
Hoe een enkel eiwit een schakelaar werd
Peter Hegemann van de Humboldt Universiteit in Berlijn en Georg Nagel van de Universiteit van Würzburg wilden begrijpen hoe Chlamydomonas licht waarneemt. Lichtwaarneming is niet uniek voor dieren met ogen. Organismen in de hele levende wereld gebruiken licht om hun omgeving te detecteren en te reageren op veranderingen in hun milieu. Zelfs eencellige organismen hebben eiwitten die op licht reageren, en gebruiken die om naar licht toe of ervan af te bewegen, om energie op te wekken en om te reageren op de eisen van een etmaal van 24 uur.
Hegemann en Nagel ontdekten dat Chlamydomonas afhankelijk is van een enkel eiwit genaamd channelrhodopsine. Het eiwit zit in de buitenste membraan van de algencel, met een deel dat naar het water buiten wijst en een deel dat naar binnen wijst. Het bevat een klein molecuul genaamd retinaldehyde, dat licht absorbeert. Wanneer licht op het retinaldehyde valt, verandert het van vorm, en het channelrhodopsine-eiwit verandert ook van vorm. Die verandering opent een klein doorgangetje door de celmembraan. Positief geladen deeltjes, waaronder natrium, stromen dan van het water buiten de alg naar binnen in de cel. Deze beweging van geladen deeltjes stuurt een signaal in de alg dat hem helpt te zwemmen.
Van alg naar hersencellen
Het oplossen van zo'n biologische vraag was fascinerend, maar waarom een Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde? Het antwoord ligt in hoe zenuwcellen werken. Zenuwcellen gebruiken de beweging van geladen deeltjes, ionen genaamd, over hun membranen om hun activiteit te regelen. Wanneer positief geladen deeltjes een zenuwcel binnenstromen, kunnen ze die actiever maken. De onderzoekers beseften dat als ze channelrhodopsine in zenuwcellen konden stoppen, ze die cellen misschien konden aanzetten door er simpelweg licht op te schijnen.
Dat is precies wat Hegemann, Nagel en de derde winnaar, Karl Deisseroth, een psychiater en bio-ingenieur aan Stanford University in Californië, vervolgens deden. De mogelijkheid om zenuwcellen met licht te besturen heet optogenetica. Het is een krachtig onderzoeksinstrument geworden omdat wetenschappers het kunnen gebruiken om specifieke groepen zenuwcellen aan en uit te zetten en te zien wat er gebeurt. Eerst brengen wetenschappers het gen voor channelrhodopsine in de zenuwcellen die ze willen bestuderen. Het gen wordt meestal de cellen binnengebracht door een virus dat zodanig is aangepast dat het geen ziekte kan veroorzaken. De cellen maken dan het eiwit, en licht kan worden gebruikt om ze te activeren.
De prijs eert onderzoek dat begon met een vraag over hoe een microscopisch algje licht waarneemt en uitgroeide tot een methode om hersencellen aan en uit te zetten. Optogenetica heeft onderzoekers al geholpen herinneringen te activeren, en het opent nieuwe mogelijkheden voor het herstellen van zicht en het behandelen van hersenaandoeningen.
