Comprendere come il cervello forma ricordi, sentimenti e comportamenti è da tempo un sogno per i ricercatori. Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel sono stati insigniti del Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 2026 per le scoperte che hanno portato all’optogenetica, una tecnica che permette di attivare o disattivare l’attività delle singole cellule nervose in un cervello vivente. Questo metodo viene ora utilizzato nei laboratori di tutto il mondo per svelare i misteri del cervello.
Lo statunitense Karl Deisseroth, 54 anni (Università di Stanford in California), e i tedeschi Peter Hegemann, 71 anni (Università Humboldt di Berlino) e Georg Nagel, 73 anni (Università di Würzburg in Germania) sono stati premiati, secondo la motivazione riportata nell’annuncio, «For their discoveries concerning light-gated ion channels and optogenetics», cioè «per le loro scoperte sui canali ionici attivati dalla luce e sull’optogenetica».
Fin dall’antichità i ricercatori hanno cercato di comprendere i misteri del cervello. Nel corso del Novecento sono riusciti a identificare quali regioni governano le diverse funzioni fisiologiche. Ciò ha fornito conoscenze inestimabili, ma i metodi disponibili all’epoca erano relativamente grossolani e non permettevano di dimostrare che un tipo specifico di cellula nervosa fosse la causa diretta di una determinata emozione o comportamento. L’immagine del cervello che ne emergeva era quindi simile a una fotografia sfocata, priva di molti dettagli.
Tutto è iniziato dalla curiosità di un ricercatore. Nei primi anni ’90, Peter Hegemann, dell’Istituto Max Planck di Biochimica a Martinsried, si pose una domanda semplice: come fa l’alga unicellulare Chlamydomonas a reagire così rapidamente alla luce? Proprio gli studi nati da questa domanda hanno portato alla scoperta dell’optogenetica. Hegemann riusciva a immaginare una sola spiegazione per questa risposta ultrarapida: il processo doveva essere molto più semplice nella Chlamydomonas rispetto all’occhio umano. All’inizio degli anni ’90, formulò l’ipotesi che un unico complesso proteico fosse in grado sia di catturare la luce sia di agire come canale ionico. «Tuttavia, la sua proposta fu accolta con un certo scetticismo – ricordano da Stoccolma. All’epoca, i ricercatori conoscevano molti tipi diversi di canali ionici, ma nessuno era in grado di reagire alla luce autonomamente».
Per verificare la sua ipotesi, Hegemann tentò di isolare la proteina fotosensibile della Chlamydomonas. Un’impresa tutt’altro che semplice: quando le proteine presenti nella macchia oculare dell’alga venivano rimosse dal loro ambiente naturale, diventavano instabili e si danneggiavano facilmente, rendendone difficile lo studio. Ciononostante, a cavallo del nuovo millennio, dopo anni di insuccessi, il gruppo di ricerca fece una scoperta interessante. Alcuni ricercatori giapponesi avevano mappato il Dna dell’alga, rendendo disponibile il codice genetico di migliaia di geni. Tra questi, il gruppo di Hegemann ne individuò due che presentavano notevoli somiglianze con altri già noti e codificanti per proteine in grado di catturare la luce. Poteva uno di essi contenere le istruzioni che stavano cercando? Per rispondere a questa domanda, Hegemann contattò un collega: Georg Nagel del Max Planck Institute for Biophysics di Francoforte. Nagel possedeva le competenze necessarie per compiere il passo decisivo verso quella che avrebbe rivoluzionato le neuroscienze. Nagel utilizzava ovociti di rana per studiare le proteine. Una volta ricevuti i due geni della Chlamydomona, ne iniettò delle copie, separatamente, in diversi lotti di ovociti di rana; questi iniziarono a produrre in grandi quantità le due proteine sconosciute. Le proteine si localizzavano sulla superficie delle cellule uovo, all’interno della membrana circostante. Nagel poté così studiarne il funzionamento e scoprì rapidamente che l’ipotesi formulata da Hegemann un decennio prima era corretta: le proteine appena scoperte erano canali ionici che si aprivano se esposti alla luce.
Quando Nagel e Hegemann introdussero i geni di Chlamydomonas negli ovociti di rana, questi iniziarono a produrre proteine che si localizzavano sulla superficie della cellula. Se i canali ionici venivano illuminati, si aprivano. Gli ioni fluivano quindi attraverso i canali, generando un segnale elettrico. Hegemann e Nagel compresero così di aver compiuto una scoperta rivoluzionaria. Nel 2003, Hegemann e Nagel pubblicarono i risultati del loro esperimento e un giovane scienziato della Stanford University, Deisseroth, raccolse il testimone.
«Abbiamo avuto un “moscerino da Nobel”, un “verme da Nobel” e ora è la volta di un”’alga da Nobel”. L’optogenetica scoperta grazie allo studio di un’alga verde è uno strumento straordinario e innovativo per studiare le proteine sensibili alla luce all’interno delle singole cellule», spiega il genetista dell’Università di Roma Tor Vergata Giuseppe Novelli, commentando il Nobel per la Medicina 2026 a Deisseroth, Hegemann e Nagel per le scoperte che hanno portato all’optogenetica. Un metodo utilizzato nei laboratori di tutto il mondo per svelare i misteri del cervello che, secondo lo scienziato italiano, potrà aprire la strada a scoperte importanti contro Alzheimer e altre patologie neurologiche.
