Letošnji nagrajenci se raziskovalno ukvarjajo z možgani. Dober kilogram težak organ je najbolj poseben človeški organ, ki je odgovoren praktično za vse, kar so ljudje dosegli in zaradi česar so najbolj razvita vrsta na tem planetu. Da smo možgani ključni organ, je jasno že stoletja, a šele v 20. stoletju so se razvile prve metode, ki so omogočile pokukati vanje. Danes vemo, da možgane stavljajo nevroni, ki se med seboj izdatno povezujejo in hitro komunicirajo. Impulzi med njimi tečejo izjemno hitro, zato so raziskovalci že pred pol stoletja razmišljali, da bi jih morda lahko upravljali s svetlobo. Kar se je slišalo kot znanstvena fantastika, so letošnji nagrajenci udejanjili. S svetlobo je mogoče izklapljati in vklapljati posamezna nevronska vezja.
Pred tremi desetletji se je Peter Hegemann na Inštitutu Maxa Plancka spraševal, kako lahko enocelična alga Chlamydomonas tako hitro reagira na svetlobo. Alga namreč potuje proti svetlobi, ker ima na celici območje, ki je občutljivo na svetlobo in ob osvetlitvi sproži električni impulz v manj kot milisekundi. To je bistveno hitreje od običajnih odzivov bioloških sistemov. Človeško oko na primer reagira v 10 milisekundah, ker od vpadlega fotona do sprožitve električnega signala potrebuje več stopenj.
Hegemann je sklepal, da je odziv alge enostavnejši. Predpostavil je, da en sam proteinski kompleks zazna svetlobo in nato odpre ionski kanal, ki sproži električni signal - pri človeku je udeleženih več proteinov. Za študij proteinov iz alge je Hegemann na pomoč poklical kolega Georga Nagla. V DNK alge je namreč odkril gene, ki so bili podobni drugim, že znanim genom za zaznavanje svetlobe. Nagel je proteine iz teh genov sintetiziral v večjih količinah v jajčnih celicah. Proteini so se nakopičili na membrani in res so se odzivali na svetlobo. Proteina je poimenoval kanalrodopsin-1 in kanalrodopsin-2. Pokazal je, da kanalrodopsin-2 v 0,2 milisekundah po osvetlitvi odpre kanal na membrani in omogoči prehod ionov. Odkril je proteinski kanal, ki se aktivira s svetlobo.
Na drugi strani Atlantika je Karl Deisseroth začenjal svojo raziskovalno kariero. Za raziskave delovanja možganov je iskal protein, ki bi lahko v živčnih celicah nadzorovano prožil signale. Ko je slišal za kanalrodopsin-2, je hitro pisal Naglu in prosil za DNK. To je nato vgradil v podganje živčne celice, ki jih je gojil v petrijevki. Te so brez težav začele izražati kanalrodopsin-2 na svoji površini. Rezultat je bil skoraj magičen: ko je na tako spremenjene celice posvetila svetlobe, so oddale električni signal. Deisseroth je odkril način, kako vplivati na aktivnost živčnih celic v živalih. Optogenetika je leta 2006 postala novo raziskovalno področje z novim imenom.
Raziskovalci so v naslednjih letih odkrili številne proteine, ki so se odzivali na svetlobo različnih valovnih dolžin. Že leta 2007 je Deisseroth takšne celice vzgojil v živi miški. Z osvetlitvijo celic, ki so jo dosegli z majhnim optičnim vlaknom, ki je bilo napeljano v njene možgane, so lahko vplivali na gibanje njenih brčic. Kasneje so pokazali, kako lahko miške nadzorovano zbudijo iz spanja.
Danes optogenetika omogoča natančno opazovanje, katere živčne celice so odgovorne za posamezne funkcije. Odkrili so, kje se ustvari bolečina, kje družbeno vedenje, kje so stikala za lakoto in žejo in tako dalje. Optogenetika omogoča mapiranje možganov in celo celičnih funkcij izven možganov. Trenutno potekajo raziskave, kako bi lahko optogenetiko uporabljali za zdravljenje, denimo za povrnitev vida.
