Les pionniers de l'optogénétique reçoivent le prix Nobel pour avoir éclairé le cerveau

La percée récompensée par le Nobel

Le prix Nobel de physiologie ou médecine 2026 a été décerné à Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel pour leurs découvertes sur les canaux ioniques activés par la lumière et l'optogénétique. Ce domaine combine génie génétique et outils optiques pour contrôler et observer avec précision l'activité des cellules nerveuses grâce à la lumière, ce qui permet aux scientifiques de cartographier le cerveau avec un niveau de détail jusque-là inimaginable. Avant cette percée, la compréhension du fonctionnement du cerveau était souvent comparée à une photographie floue, car les méthodes existantes ne permettaient pas d'établir de relation de cause à effet définitive entre l'activité de cellules nerveuses précises et le comportement. L'optogénétique a depuis transformé cette compréhension, en permettant aux chercheurs d'activer ou de désactiver l'activité de cellules nerveuses individuelles dans un cerveau vivant, et ainsi de révéler les circuits neuronaux qui régissent les comportements, les souvenirs et les sensations liés aux maladies neurologiques et psychiatriques. L'Institut Karolinska de Stockholm a salué leur mérite d'avoir posé les bases de cette discipline, qui permet de contrôler les signaux nerveux par la lumière. Cette approche réalise une vision qu'avait autrefois envisagée le biologiste moléculaire Francis Crick, qui a partagé le prix Nobel de médecine en 1962 pour ses travaux sur l'ADN.

« L'optogénétique nous a donné la possibilité de cartographier le cerveau d'une manière dont nous ne pouvions auparavant que rêver. »
— Per Svenningsson, président du Comité Nobel de physiologie ou médecine
« La capacité de contrôler le comportement soulève des questions éthiques. »
— Cristian Ripoli, professeur de physiologie à l'Université catholique de Rome

La découverte de la channelrhodopsine

Le chemin vers l'optogénétique a commencé avec les recherches de Peter Hegemann au début des années 1990, guidées par sa curiosité de savoir comment l'algue unicellulaire Chlamydomonas pouvait réagir aussi rapidement à la lumière pour pouvoir nager. Hegemann a observé qu'une impulsion électrique était générée en une demi-milliseconde après l'arrivée de la lumière sur le stigma de l'algue, une réaction nettement plus rapide que celle d'autres systèmes biologiques, comme le temps de réponse de 10 millisecondes de l'œil humain. Il a émis l'hypothèse qu'un seul complexe protéique captait la lumière et agissait simultanément comme un canal ionique, une protéine qui laisse passer de manière sélective des ions vers l'intérieur ou l'extérieur d'une cellule. Cette idée a d'abord été accueillie avec scepticisme, car aucun canal ionique connu à l'époque n'était capable de réagir de façon autonome à la lumière. Pourtant, au début des années 2000, en travaillant avec Georg Nagel, Hegemann a identifié dans l'ADN de l'algue deux gènes qui produisaient des protéines appelées channelrhodopsine-1 et channelrhodopsine-2. Leurs travaux conjoints ont confirmé que ces protéines étaient bien des canaux ioniques qui s'ouvraient à la lumière, validant l'hypothèse de Hegemann.

Concevoir des neurones contrôlés par la lumière

La channelrhodopsine-2 s'est révélée particulièrement essentielle au développement de l'optogénétique. Lorsque cette protéine est éclairée par une lumière bleue, un canal s'ouvre en elle en 0,2 milliseconde, laissant passer des ions chargés. Karl Deisseroth a ensuite fait progresser cette découverte en parvenant à transférer le gène de la channelrhodopsine dans les cellules nerveuses de rats. En éclairant ces cellules nerveuses génétiquement modifiées avec de la lumière bleue, il a pu déclencher un signal nerveux. D'autres expériences ont démontré que cet « interrupteur lumineux » pouvait contrôler des cellules nerveuses dans le cerveau de souris vivantes, transformant ainsi la protéine en un outil précis de manipulation de l'activité neuronale. Cette capacité d'activer ou de désactiver des neurones précis par la lumière a profondément changé la manière dont les scientifiques étudient le fonctionnement du cerveau.

Transformer les neurosciences et la médecine

Le développement de l'optogénétique a profondément changé notre compréhension du cerveau, en permettant aux scientifiques d'explorer son fonctionnement complexe avec un niveau de détail inédit. Per Svenningsson, président du Comité Nobel de physiologie ou médecine, a déclaré que l'optogénétique avait offert la possibilité de cartographier le cerveau comme on ne pouvait auparavant que le rêver. La technique a déjà démontré un potentiel clinique important, par exemple en restaurant partiellement la vue de personnes atteintes de rétinite pigmentaire grâce à la modification de leurs cellules rétiniennes pour les rendre sensibles à la lumière. Elle offre aussi un énorme potentiel translationnel, en permettant d'activer des zones du cerveau dans des processus neurodégénératifs en contournant les anomalies fonctionnelles. Cristian Ripoli, professeur de physiologie à l'Université catholique de Rome, a relevé que si l'optogénétique ouvre des « perspectives énormes », elle « pose aussi des problèmes éthiques » en raison de la possibilité de contrôler des comportements. La technique est utilisée depuis environ 20 ans, depuis 2005, ce qui facilite la compréhension du lien entre des zones précises du cerveau et leurs fonctions.

Le volet brevets de l'optogénétique

Les découvertes à l'origine de l'optogénétique sont aussi protégées au titre de la propriété intellectuelle. Max Planck Innovation, la structure de transfert de technologie de la Société Max-Planck où Hegemann et Nagel ont mené leurs travaux, propose des licences sur les technologies fondées sur la channelrhodopsine, tandis que l'Université Stanford répertorie plusieurs inventions sur la channelrhodopsine issues du laboratoire de Deisseroth dans son catalogue de licences technologiques. La reconnaissance du Nobel devrait attirer une nouvelle attention sur ces portefeuilles de brevets, à mesure que les entreprises font passer les outils optogénétiques du laboratoire vers les thérapies.

Les scientifiques derrière la découverte

Karl Deisseroth, né aux États-Unis en 1971, est professeur de bio-ingénierie, de psychiatrie et de sciences du comportement au Howard Hughes Medical Institute et à l'Université Stanford. Peter Hegemann, né en Allemagne en 1954, est professeur de neurosciences à l'Université Humboldt de Berlin ; ses découvertes couronnées par le Nobel ont été réalisées au Max-Planck-Institut für Biochemie. Georg Nagel, né en Allemagne en 1953, est professeur de physiologie moléculaire végétale à l'Université de Wurtzbourg, et a mené ses travaux primés au Max-Planck-Institut für Biophysik. Nagel, qui a reçu l'appel du Nobel alors qu'il était en vacances en Italie, a obtenu son doctorat en biophysique en 1988. Hegemann a étudié la chimie et la biochimie avant son doctorat, et Deisseroth a terminé sa licence de biochimie à Harvard en 1992 et son doctorat en neurosciences à Stanford, où il dirige son laboratoire depuis 2004. Les études de Hegemann et Nagel ont aussi été en partie financées par l'Union européenne.