Nobel da Medicina 2026 distingue a proteína de uma alga que liga neurónios com luz

Uma proteína que ajuda uma alga unicelular de lagoa a nadar em direcção à luz é a razão pela qual os cientistas conseguem agora ligar ou desligar um tipo de célula cerebral com um lampejo de luz azul. A Assembleia Nobel do Karolinska Institutet atribuiu o seu prémio de Fisiologia ou Medicina aos três investigadores que descobriram essa proteína e a transformaram numa ferramenta: Karl Deisseroth, da Stanford University e do Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann, da Humboldt University of Berlin, e Georg Nagel, da University of Würzburg.

O método chama-se optogenética e mudou aquilo que a investigação sobre o cérebro consegue demonstrar. Os neurocientistas já podiam observar que regiões se tornavam activas durante o medo ou a fome, mas raramente conseguiam provar que um determinado tipo de neurónio provocava essa sensação. Com a optogenética, podem activar essas células num animal vivo e observar o comportamento surgir, ou desligá-las e vê-lo cessar. Desde então, laboratórios usaram-na para localizar circuitos da memória, da dor, da sede, do sono e do comportamento social, e está agora a ser testada como tratamento para uma forma de cegueira.

O comité distinguiu os três «pelas suas descobertas relativas aos canais iónicos regulados pela luz e à optogenética». Vão repartir igualmente 12 milhões de coroas suecas. «A optogenética oferece oportunidades para cartografar o cérebro de uma forma com que antes apenas podíamos sonhar», afirmou Per Svenningsson, presidente do Comité Nobel de Fisiologia ou Medicina.

Uma alga que reage 20 vezes mais depressa do que o seu olho

A história começa com a Chlamydomonas, uma alga verde constituída por uma única célula. Misture-a numa placa, ilumine um dos lados, e a ténue tonalidade verde desloca-se em direcção à lâmpada. A alga detecta a luz através de uma mancha ocular, um minúsculo ponto laranja que contém retinal, a mesma molécula que capta luz e que existe nos nossos próprios olhos.

Hegemann, então no Max Planck Institute for Biochemistry, em Martinsried, mediu a mancha ocular com eléctrodos finos e detectou um impulso eléctrico meio milissegundo depois de a luz chegar. No olho humano, a luz desencadeia uma cadeia de etapas químicas antes de um canal iónico se abrir, e todo o processo demora pelo menos 10 milissegundos. A alga era mais de vinte vezes mais rápida.

A explicação de Hegemann era simples: uma única proteína tinha de desempenhar ambas as funções, captar luz e abrir um poro para partículas carregadas. Os colegas duvidaram, porque nenhum canal iónico conhecido respondia sozinho à luz. Quando a sua equipa tentou extrair a proteína da mancha ocular, ela desintegrou-se, e a ideia ficou parada durante anos.

Como o conseguiram

O avanço surgiu quando investigadores japoneses divulgaram sequências genéticas de Chlamydomonas. O grupo de Hegemann encontrou dois genes que se assemelhavam a proteínas conhecidas de captação de luz e enviou-os a Nagel, no Max Planck Institute for Biophysics, em Frankfurt.

Nagel injectou cada gene em ovos de rã, um procedimento comum que transforma um ovo numa fábrica de proteína estranha. As proteínas instalaram-se à superfície dos ovos e, quando Nagel projectou luz sobre elas, abriram-se. Iões com carga positiva atravessaram-nas, produzindo uma corrente eléctrica. A hipótese de Hegemann estava certa. A equipa deu às duas proteínas os nomes channelrhodopsin-1 e channelrhodopsin-2, e a segunda abria-se no espaço de 0,2 milissegundos após um pulso de luz.

Em células embrionárias de rim humano e em células de hamster, a channelrhodopsin-2 também produziu sinais eléctricos sob luz. A proteína comportava-se como um interruptor portátil: qualquer célula que transportasse o gene responderia à luz.

Era precisamente isso que Deisseroth procurava. Com formação em psiquiatria, ficara impressionado, durante o seu trabalho clínico, com o pouco que os tratamentos existentes ajudavam doentes com depressão ou esquizofrenia, e queria estudar circuitos num cérebro vivo, e não em finas fatias de tecido. Escreveu a Nagel a pedir o gene da channelrhodopsin-2, inseriu-o em neurónios de rato cultivados numa placa e expôs-os a luz azul. Os neurónios dispararam quando ordenado, e o sinal passou para as células vizinhas.

O seu grupo introduziu depois o gene num tipo celular do córtex motor de ratinhos vivos e passou uma fibra óptica fina através de um pequeno orifício no crânio. Pulsos de luz fizeram os animais mover os bigodes. Noutra experiência, a luz dirigida a um circuito suspeito de vigília acordou ratinhos adormecidos.

Porque é que a luz superou os eléctrodos e os fármacos

Um eléctrodo estimula todos os neurónios perto da sua ponta, independentemente do seu tipo. Um fármaco espalha-se pelo tecido e actua ao longo de minutos. A optogenética é precisa de duas formas em simultâneo. O gene entra apenas num tipo de célula escolhido, e a luz activa essas células em milissegundos, acompanhando a velocidade dos sinais nervosos reais. Francis Crick, que partilhou um Prémio Nobel pela dupla hélice do ADN, sugerira que a luz seria a forma ideal de controlar neurónios individuais, embora admitisse que a ideia parecia rebuscada.

A precisão é importante por causa da escala. Um cérebro humano adulto contém cerca de 90 mil milhões de células nervosas, cada uma ligada a milhares de outras, e neurónios com funções não relacionadas entre si encontram-se entrelaçados. Trabalhando com o laureado Nobel Susumu Tonegawa, a equipa de Deisseroth reactivou as células específicas que armazenavam uma memória de medo em ratinhos, e os animais demonstraram medo num local onde nada os ameaçava. Outros grupos cartografaram circuitos da sede, da atenção e da febre, descobriram que reunir crias num ninho e tratá-las com cuidados de higiene funcionam através de circuitos separados nos ratinhos, e mostraram que um coração forçado a bater com maior intensidade pode agravar a ansiedade.

O que o prémio não resolve

A optogenética continua a ser sobretudo uma ferramenta de investigação, e não uma terapia. Utilizá-la em pessoas implica inserir um gene estranho em células humanas, geralmente com um vírus modificado, e fazer chegar luz a zonas profundas do tecido, o que, no cérebro, exige um implante. Nenhum dos passos é rotineiro em doentes, e a segurança a longo prazo de transportar uma proteína de alga em neurónios humanos não foi estabelecida.

O resultado humano mais claro é limitado. Um homem cego há 40 anos devido a retinite pigmentosa recebeu num olho um gene de channelrhodopsin e óculos que projectam pulsos de luz sobre a retina. Recuperou visão suficiente para localizar e contar objectos numa mesa, segundo um relato de caso publicado na Nature Medicine em 2021. Um doente é uma prova de princípio, não uma demonstração de que o tratamento funciona de forma alargada, e os ensaios continuam em curso.

O prémio também traça uma linha num campo muito concorrido. As regras do Nobel permitem, no máximo, três laureados por prémio. O artigo de 2005 que activou pela primeira vez neurónios com channelrhodopsin-2 foi escrito no laboratório de Deisseroth, com Edward Boyden como primeiro autor e Feng Zhang e o biofísico Ernst Bamberg como co-autores. Gero Miesenböck, de Oxford, tinha anteriormente feito neurónios disparar em resposta à luz utilizando um sistema fotossensível diferente. Bamberg, Boyden e Miesenböck partilharam o Brain Prize de 2013 pela optogenética com os três laureados deste ano, mas não fazem parte do Nobel.

De um ovo de rã a Estocolmo

O caminho até ao prémio passou por um punhado de artigos. Nagel, Hegemann e colegas descreveram a channelrhodopsin-1 na Science em 2002 e a channelrhodopsin-2 na PNAS em 2003. O grupo de Deisseroth relatou neurónios controlados por luz na Nature Neuroscience em 2005, o método recebeu o seu nome em 2006, e o primeiro controlo de neurónios no interior do cérebro vivo de um ratinho seguiu-se em 2007. A experiência da memória de medo com Tonegawa aconteceu em 2012.

Perguntas frequentes sobre o Prémio Nobel da Medicina de 2026

Quem venceu o Prémio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2026?

Karl Deisseroth, da Stanford University e do Howard Hughes Medical Institute, Peter Hegemann, da Humboldt University of Berlin, e Georg Nagel, da University of Würzburg. Foram distinguidos por descobertas relativas aos canais iónicos regulados pela luz e à optogenética, e repartem igualmente 12 milhões de coroas suecas.

O que é a optogenética, em termos simples?

É uma forma de controlar células nervosas escolhidas através da luz. Os investigadores acrescentam a um tipo de neurónio um gene para uma proteína sensível à luz, como a channelrhodopsin. Projectar depois luz da cor adequada activa ou desliga essas células em milissegundos, o que permite aos cientistas testar o que faz cada tipo celular.

A optogenética é usada para tratar doentes?

Ainda não como terapia aprovada. Ensaios clínicos estão a testá-la para restaurar parcialmente a visão em pessoas cegas devido a retinite pigmentosa, e um doente tratado recuperou a capacidade de localizar e contar objectos com óculos especiais. Os investigadores também esperam que possa tornar os implantes cocleares mais precisos do que a estimulação eléctrica.

Os três laureados receberão as suas medalhas e diplomas na cerimónia de entrega dos Prémios Nobel, em Estocolmo, a 10 de Dezembro. A alga que deu início a tudo continua a nadar em direcção à luz nas águas das lagoas, e a proteína na sua mancha ocular abre-se agora sob comando em laboratórios de todo o mundo.

Referência: Nagel et al., “Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel,” PNAS, 2003. DOI: 10.1073/pnas.1936192100. Boyden et al., “Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity,” Nature Neuroscience, 2005. DOI: 10.1038/nn1525

Etiquetas: Prémio Nobel, channelrhodopsin, Georg Nagel, Karl Deisseroth, neurociência, optogenética