O Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2026 foi outorgado ao norte-americano Karl Deisseroth e aos alemães Peter Hegemann e Georg Nagel “por suas descobertas sobre canais iônicos controlados por luz e a optogenética”. Seus estudos expandiram a compreensão sobre como as células do sistema nervoso armazenam memórias, sentimentos e comportamentos no cérebro.

Peter Hegemann e Georg Nagel descobriram a canalrodopsina, uma proteína fotossensível encontrada em algas unicelulares. Já Karl Deisseroth transformou essa proteína em um interruptor controlado pela luz para as células nervosas, lançando assim as bases para um novo método científico: a optogenética.

“Antes do desenvolvimento dessa tecnologia, a investigação de circuitos cerebrais dependia do uso de estimulação elétrica ou intervenções farmacológicas”, explica Rafael Carvalho Almada, pesquisador da Faculdade de Ciências e Letras da Unesp, câmpus de Assis. “Embora sejam ferramentas bem estabelecidas, elas atuam com menor precisão temporal e espacial. A optogenética alterou esse paradigma ao permitir ‘ligar’ ou ‘desligar’ populações neuronais específicas em milissegundos usando apenas luz”, diz o docente, que coordena o Laboratório de Neurobiologia e Neurobiotecnologia da Unesp.

Histórico
A ideia de desenvolver um método capaz de “ligar e desligar” determinadas células do sistema nervoso surgiu, inicialmente, como uma hipótese formulada por Francis Crick, laureado com o Nobel de 1962 pela descoberta da dupla hélice do DNA. Crick postulou que, se fosse possível manipular células do sistema nervoso e dotá-las da capacidade de reagir à luz, talvez fosse possível controlar a atividade neural e aprofundar os estudos nesse campo.

À época, tal sugestão soava como ficção científica. Porém, começou a adentrar o reino das possibilidades a partir dos estudos de Hegemann sobre a alga unicelular Chlamydomonas, conhecida por responder rapidamente à luz. A velocidade da resposta da Chlamydomonas levou Hegemann a formular uma hipótese: o mecanismo responsável por captar a luz e gerar a resposta elétrica poderia estar concentrado em uma única proteína, capaz tanto de detectar a luz quanto de funcionar como um canal para íons.

Para encontrar essa proteína, Hegemann contou com o mapeamento do DNA da Chlamydomonas, que havia sido produzido e disponibilizado por pesquisadores japoneses. Nessa busca, o grupo do laureado encontrou dois genes semelhantes aos que codificavam proteínas capazes de captar luz. Para descobrir se algum deles poderia ser responsável pela resposta da alga, Hegemann procurou Georg Nagel, do Instituto Max Planck, que tinha a experiência necessária para testar a função das proteínas produzidas a partir desses genes.

O experimento revelou que a hipótese de Hegemann estava correta. As proteínas eram canais iônicos que se abriam quando expostos à luz. Quando isso acontecia, íons carregados positivamente atravessavam a membrana celular e produziam um sinal elétrico. As proteínas foram chamadas de canalrodopsina-1 e canalrodopsina-2.

A canalrodopsina-2 apresentava uma resposta especialmente rápida. Hegemann e Nagel perceberam que aquela proteína poderia ser usada para produzir impulsos elétricos em células por meio da luz. Em 2003, eles publicaram os resultados de seus experimentos, mostrando que células humanas e de hamster também poderiam se tornar sensíveis à luz quando recebiam o gene responsável pela produção da canalrodopsina-2.

Observando o cérebro
Foi nesse ponto que o trabalho de Karl Deisseroth entrou em cena. Médico psiquiatra e neurocientista da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, ele procurava um modo de provocar impulsos elétricos em neurônios. Quando soube da descoberta da canalrodopsina-2, fez contato com Nagel e solicitou o DNA responsável pela produção da proteína e introduziu o gene em células nervosas de ratos cultivadas em laboratório. As células passaram a produzir a canalrodopsina-2 e, quando expostas à luz azul, respondiam imediatamente, gerando um sinal nervoso que podia ser transmitido a outras células.

O resultado, publicado em 2005, transformou a ideia de Crick em uma ferramenta de pesquisa. A partir dali, Deisseroth e outros pesquisadores passaram a desenvolver proteínas capazes de ativar ou inibir células nervosas quando expostas a diferentes comprimentos de onda da luz. Em 2006, esse conjunto de técnicas recebeu o nome de optogenética.

“A técnica combina tecnologia óptica e engenharia genética. Basicamente, nós introduzimos genes de proteínas fotossensíveis em populações específicas de neurônios. Uma vez expressas na membrana celular, essas proteínas fazem com que os neurônios passem a responder a comprimentos de onda específicos”, explica Almada.

O cérebro humano possui cerca de 90 bilhões de células nervosas e cada uma tem a capacidade de estabelecer milhares de conexões com outras. Além disso, neurônios envolvidos em funções completamente diferentes podem estar muito próximos uns dos outros. Ao permitir que os pesquisadores selecionem determinados grupos de células e controlem sua atividade com luz, a optogenética oferece uma maneira mais precisa de investigar o funcionamento desses circuitos de neurônios.

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