2026年诺贝尔生理学或医学奖授予光遗传学三位奠基人
Karl Deisseroth、Peter Hegemann和Georg Nagel因发现光控离子通道并发展出光遗传学共同获奖,诺奖委员会将两部分的贡献并列写入获奖理由。
AI解读:诺贝尔委员会将本届奖项同时指向"光控离子通道"与"光遗传学"两部分。前者对应Hegemann、Nagel对Channelrhodopsin的发现与表征,后者对应Deisseroth把ChR2引入哺乳动物神经元并发展成可用的神经回路操纵工具。
这项技术的适用条件是:目标神经元必须先通过遗传学方法表达光敏蛋白。在这一前提下,研究人员才能用光在毫秒级时间尺度上激活或抑制特定类型的神经元,而不是对任意神经细胞直接施加光刺激。
技术起点来自单细胞绿藻Chlamydomonas reinhardtii。它没有眼睛却能追光游动,Hegemann由此判断其中存在把光刺激直接转成电信号的蛋白;2002年他与Nagel等人鉴定出第一种Channelrhodopsin,2003年进一步表征ChR2为可被光直接打开的阳离子通道。
2005年Deisseroth团队与Edward Boyden、张锋等人将ChR2引入哺乳动物神经元,发现仅用蓝光照射即可在毫秒级精度上诱导动作电位。这一步把微生物中的光控通道变成了可操作神经系统的实验工具。
据来源描述,该方法此后被用于记忆、睡眠、奖赏、成瘾、运动、焦虑、抑郁、社交行为及多类神经和精神疾病相关脑回路研究。这些是工具应用领域的列举,来源未给出具体研究结论或临床效果数据。
三位获奖者的分工在来源中被描述为互补:Hegemann与Nagel找到并验证"光开关"本身,Deisseroth把它装进神经元并发展成技术体系。获奖理由同时列出两部分,也对应这一分工。
2026年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,Karl Deisseroth、Peter Hegemann和Georg Nagel三位科学家共同获奖。诺贝尔委员会给出的获奖理由是表彰他们在光控离子通道和光遗传学方面的发现。
光遗传学最核心的能力,是让科学家借助光在毫秒级时间尺度上精准激活或抑制特定类型的神经元。来源称,这使研究从观察某片脑区或某群神经元在记忆形成、情绪变化、运动控制或某种行为出现时同步活跃,推进到主动操控特定神经元活动、再观察行为是否随之发生、减弱或消失的因果验证。
技术起点是绿藻里的光控离子通道
据来源介绍,有些单细胞绿藻会根据光照改变游动方向,为此体内需要一套能把光快速转成电信号的机制,本质上是一种光控离子通道:光照上去,通道打开,离子穿过细胞膜,细胞膜电位随之变化。神经元传递信息本依赖离子流和膜电位变化,因此把这种"见光就开"的离子通道装进神经元,理论上就可以用光控制神经元何时放电。
Hegemann长期研究单细胞绿藻Chlamydomonas reinhardtii如何感知光。来源称,这种绿藻没有眼睛却能追光游动,Hegemann由此意识到其中可能藏着把光刺激直接转换成电信号的蛋白。2002年,Hegemann、Nagel及其合作者鉴定出第一种Channelrhodopsin;2003年,他们进一步表征Channelrhodopsin-2(ChR2),确认它是一种可被光直接打开的阳离子通道。
Deisseroth把光开关装进哺乳动物神经元
据来源,2005年Deisseroth团队与Edward Boyden、张锋等人将ChR2引入哺乳动物神经元,发现只需蓝光照射,就能以毫秒级精度诱导神经元产生动作电位。至此光遗传学成形:研究人员可借助遗传学方法,只让特定类型的神经元表达这种光敏蛋白,从而选中一类神经元、给它们装上"光开关",再用光精准控制其启动或沉默。
来源称,过去20年里研究人员不断改造Channelrhodopsin,有的响应更快,有的可被不同颜色的光激活,有的负责打开神经元,有的负责关掉神经元。
三位获奖者的分工
来源把三人的贡献描述为三块拼图。Hegemann走的是一条更纯粹的基础研究路线,几十年研究单细胞微藻如何感知光,与Nagel等人发现并表征通道视紫红质,证明这种蛋白能把感受光线和控制离子流集成在同一个分子里,相当于找到最核心的"零件"。
Nagel的关键贡献集中在给Channelrhodopsin"钉死身份"的那几年。2002年和2003年,他与Hegemann等人先后鉴定并表征Channelrhodopsin-1和ChR2;他们证明ChR2本身可被光直接激活,而且放进哺乳动物细胞后,光照就能让细胞膜发生去极化。来源称,这几乎直接给出了后来的技术路线。
Deisseroth现任斯坦福大学生物工程及精神病学与行为科学教授、霍华德·休斯医学研究所研究员。1992年从哈佛大学生化科学专业毕业,进入斯坦福MD-PhD项目,1998年获神经科学博士学位,2000年获医学博士学位。他的贡献被来源概括为:把光控离子通道真正带进神经科学,让"用光控制神经元"成为可大规模使用的方法,此后其团队还开发出CLARITY等组织透明化和成像技术。
适用范围由来源给出的边界
来源称,光遗传学最大的优势是既能锁定特定细胞类型,又有较高的空间精度,同时能做到毫秒级时间控制。它后来被广泛用于研究记忆、睡眠、奖赏、成瘾、运动、焦虑、抑郁、社交行为,以及各种神经和精神疾病相关脑回路。
来源未提供这套方法在临床治疗中的效果数据,也未说明其已用于人体治疗。上述疾病方向均以"研究"表述。