Nobel per la Medicina – Da un’alga che cerca la luce una risposta ai meccanismi del cervello. Cos’è la Chlamydomonas

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I vincitori del Premio Nobel per la Medicina di quest’anno, Peter Hegemann e Georg Nagel, hanno scoperto una proteina straordinaria, la canalorodopsina, in un’alga unicellulare chiamata Chlamydomonas, un’alga che cera la luce. Il premio Nobel Nagel ha utilizzato ovociti di rana per studiare le proteine. Ha iniettato, separatamente, copie di due geni della Chlamydomonas in diversi lotti di ovociti di rana, che hanno poi iniziato a produrre in massa due proteine sconosciute. Le proteine si sono depositate sulla superficie degli ovociti, nella membrana circostante. Nagel ha così potuto studiarne il funzionamento e ha rapidamente scoperto che un’ipotesi formulata da Hegemann un decennio prima era corretta: le proteine appena scoperte erano canali ionici che si aprivano se esposti alla luce.

Queste proteine sono state denominate canalorodopsina-1 e canalorodopsina-2. Lasceremo da parte la prima di queste e ci concentreremo sulla seconda, che ha aperto la strada all’optogenetica. Proprio come nell’esperimento di Hegemann, la caratterizzazione della channelrodopsina-2 effettuata da Nagel ha dimostrato che essa reagiva in modo eccezionalmente forte e rapido a un impulso di luce. Un canale si apriva attraverso la superficie dell’ovocita di rana entro 0,2 millisecondi. Gli ioni con carica positiva fluivano quindi attraverso il canale, producendo un segnale elettrico. Hegemann e Nagel si resero conto di aver fatto una scoperta rivoluzionaria. Provarono a introdurre il gene della canalorodopsina-2 in cellule renali embrionali umane e in cellule renali di criceti. Le cellule divennero sensibili alla luce: quando venivano esposte alla luce, producevano un segnale elettrico.

Nel 2003, Hegemann e Nagel pubblicarono i risultati del loro esperimento. Essi ipotizzarono che la canalorodopsina-2 potesse essere utilizzata come potente strumento per generare impulsi elettrici nelle cellule tramite la luce.

Karl Deisseroth e l’interruttore luminoso per le cellule nervose

Karl Deisseroth, vincitore del Premio per la Medicina 2026, ha trasformato la proteina canalrodopsina in un interruttore controllato dalla luce per le cellule nervose. Negli anni ’90, quando Karl Deisseroth iniziò a studiare medicina, pensava di diventare neurochirurgo, ma parte della sua formazione si svolse in una clinica psichiatrica. Lì rimase colpito dalla sofferenza dei pazienti e dal loro bisogno di aiuto. Allo stesso tempo, iniziò a chiedersi come mai il cervello potesse funzionare in modo così diverso da persona a persona. Perché le persone affette da depressione hanno tanta difficoltà a provare gioia? Quali sono le cause dell’autismo o delle allucinazioni schizofreniche?

Parallelamente agli studi di medicina, conseguì un dottorato in neuroscienze. In laboratorio, utilizzava sottili sezioni di cervello ed le esaminava in piastre di Petri. La sua ricerca fornì importanti spunti, ma si rese conto che, per comprendere le malattie che incontrava in clinica, doveva studiare come funzionano le cellule nervose in un cervello vivo.

Quando Deisseroth fondò il proprio gruppo di ricerca, iniziarono a cercare una proteina che potessero utilizzare per innescare impulsi elettrici nelle cellule nervose. Testarono numerose candidate e, quando Deisseroth venne a conoscenza della scoperta della canalorodopsina-2, scrisse al suo co-premiato Georg Nagel chiedendogli se potesse avere accesso al DNA che codifica la proteina. Quando il DNA è arrivato nel laboratorio di Deisseroth, egli lo ha introdotto nelle cellule nervose di ratto coltivate in piastre di Petri. Temeva che le cellule nervose, essendo molto sensibili, potessero subire effetti negativi a causa del gene estraneo, ma queste hanno iniziato a produrre la canalrodopsina-2 senza problemi apparenti.

Quando il gruppo di ricerca ha esposto le cellule nervose alla luce blu, queste hanno reagito immediatamente. La luce ha provocato un segnale nervoso che poteva propagarsi ad altre cellule nervose. Nel 2005, il gruppo di ricerca di Deisseroth ha pubblicato la propria scoperta. Avevano raggiunto una pietra miliare decisiva, sebbene Deisseroth fosse consapevole che lo attendeva un lungo percorso prima di raggiungere il suo obiettivo: la capacità di controllare l’attività delle cellule nervose in animali vivi. Il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina del 2026 è stato assegnato a Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel per le loro scoperte relative ai canali ionici attivati dalla luce e all’optogenetica.