Georg Nagel, biofizyk, który uważał, że na Nobla za optogenetykę jest za wcześnie

Gdy do Georga Nagela zadzwoniono ze Sztokholmu, siedział na tarasie wśród wzgórz między Neapolem a Rzymem. U jego stóp rosły drzewa oliwne, a tuż obok stała cytryna. Nie uwierzył w to, co usłyszał. Niektórzy znajomi co roku jesienią pilnie śledzili ogłoszenia noblowskie, a on zawsze powtarzał im, żeby zachowali spokój. O ile mu było wiadomo, z optogenetyki — metody, którą umożliwiły jego eksperymenty — skorzystał dotąd jeden pacjent. Leki przeciwmalaryczne i immunoterapia nowotworów pomogły niezliczonym rzeszom ludzi. Przełącznik światła sterujący komórkami mózgu, uważał, był jeszcze zbyt młody, by zasłużyć na nagrodę w dziedzinie medycyny.

Zgromadzenie Noblowskie było innego zdania. Nagel, biofizyk z University of Würzburg, otrzymuje Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny wspólnie z Peterem Hegemannem i Karlem Deisserothem za odkrycia dotyczące kanałów jonowych aktywowanych światłem i optogenetyki. Jego wkład polegał na dostarczeniu dowodu. Hegemann od dawna przekonywał, że jedno z białek w plamce ocznej zielenicy Chlamydomonas zarówno odbiera światło, jak i otwiera kanał dla naładowanych cząstek — tezę, w którą wielu kolegów wątpiło. Nagel, pracujący w Max Planck Institute of Biophysics we Frankfurcie, wprowadził geny kandydujące do komórek jajowych żab i mierzył, co się dzieje po włączeniu światła. Początkowo szło opornie. Jak opowiada, wyraźny sygnał pojawił się dopiero po tym, jak do eksperymentu trafiła partia nieprawidłowo przygotowanych roztworów o niskim pH. Wtedy zdołał ustalić, co obserwuje. Był to znamienny przypadek: pierwsze z dwóch białek okazało się kanałem protonowym.

Źródeł tej wytrwałości należy szukać wcześniej. Nagel urodził się 24 sierpnia 1953 roku w Weingarten w Górnej Szwabii. Był najstarszym z pięciorga rodzeństwa, a od piątego roku życia poważnie chorował. Podczas gdy jego bracia i siostry jeździli na nartach do pobliskiej Austrii, on budował silnik parowy i radia z zestawów naukowych, które rodzice dawali mu na każde Boże Narodzenie. Wiele letnich wakacji spędzał na operacjach w szpitalu uniwersyteckim w Würzburgu — mieście, w którym później przez dwie dekady wykładał. Studiował biologię i biofizykę na University of Konstanz. Tam jego pierwszym wykładowcą biofizyki był Ernst Bamberg, który został jego mentorem; jako student Nagel pomógł też założyć kawiarnię. Po uzyskaniu dyplomu uczył w prywatnej szkole średniej w Szwajcarii. Kolejna operacja w Würzburgu w końcu powstrzymała stan zapalny kości. Nagel zaczął uprawiać lotniarstwo i nadal uczył, aż Bamberg zaprosił go do Frankfurtu. Przyjął zaproszenie, a w 1988 roku obronił doktorat na Goethe University, na podstawie badań przeprowadzonych w Max Planck Institute.

Potem przyszło pięć lat staży podoktorskich w Stanach Zjednoczonych — na Yale i Rockefeller University. W Nowym Jorku poznał Annę Marię Musti, biolog molekularną z Neapolu, która była profesorką wizytującą na Columbia University. Pomogła mu poszerzyć biofizyczne podejście do nauki. Pobrali się w Danii w 1996 roku i mają córkę. Po powrocie do Frankfurtu Nagel kierował grupą badawczą w Max Planck Institute. Wraz z Bambergem wykazał w 1995 roku, że bakteriorodopsyna — pompa napędzana światłem, występująca u mikroorganizmu — działa po ekspresji w komórkach jajowych żab, uwrażliwiając komórki zwierzęce na światło. Komórka jajowa żaby stała się stanowiskiem badawczym dla wszystkich kolejnych eksperymentów.

W 2002 roku Nagel, Hegemann, Bamberg i ich współpracownicy opisali w czasopiśmie Science channelrhodopsin-1 jako aktywowany światłem kanał protonowy; wśród współautorów znalazła się Musti. W 2003 roku, na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences, zespół Nagela wykazał, że channelrhodopsin-2 otwiera się bezpośrednio pod wpływem światła i przepuszcza jony dodatnie, a także że działa w ludzkich komórkach nerek, które ulegały depolaryzacji pod wpływem niebieskiego światła. Deisseroth napisał do Nagela z prośbą o gen, a jego grupa ze Stanford wykorzystała go w 2005 roku, by wywoływać na polecenie aktywność hodowanych neuronów. Nagel i Bamberg byli współautorami tej pracy. W tym samym roku Nagel, współpracując z Alexandrem Gottschalkiem, opublikował jeden z pierwszych przykładów wykorzystania channelrhodopsiny do sterowania zachowaniem całego, żywego zwierzęcia — nicienia Caenorhabditis elegans. Użył przy tym zmutowanej wersji białka, którą sam opracował, by wzmocnić przepływ prądu.

W 2004 roku przeniósł się do Würzburga, gdzie objął stanowisko profesora fizjologii molekularnej roślin w Julius von Sachs Institute. Była to nieoczekiwana baza wypadowa do poświęcenia dwóch dekad na rozwijanie narzędzia dla neuronauki. Wraz z Shiqiangiem Gao jego grupa stworzyła enzymy kontrolowane światłem, działające na cząsteczki sygnałowe cAMP i cGMP; jednym z nich był opisany w 2015 roku CyclOp. Nagel zwrócił też tę metodę z powrotem ku roślinom, które potrzebują światła do życia, ale nie mają retinalu niezbędnego rodopsynom. W badaniu opublikowanym w 2021 roku w Nature Plants, w którym Nagel był starszym autorem, wykorzystano kanał aktywowany światłem, pochodzący z algi, do sterowania wzrostem tytoniu. W 2019 roku przeniósł się do Institute of Physiology, gdzie od 2021 roku kontynuował pracę jako starszy profesor.

Nagroda wyznacza też granicę w zatłoczonym gronie. Zasady Noblowskie dopuszczają najwyżej trzech laureatów, a na liście zabrakło Bamberga, mentora Nagela, późniejszego dyrektora frankfurckiego instytutu i współautora prac o channelrhodopsynie. Nie ma na niej również Edwarda Boydena, pierwszego autora pracy o neuronach z 2005 roku, ani Gero Miesenböcka, który wcześniej sprawił, że neurony reagowały na światło za pomocą innego systemu. Cała szóstka otrzymała wspólnie Brain Prize w 2013 roku. Nagel otwarcie mówi o tym, gdzie tkwiło ryzyko. Deisseroth pisał w artykułach przeglądowych, że wprowadzenie channelrhodopsiny do neuronów było bardzo ryzykownym przedsięwzięciem. W pierwszym wywiadzie po ogłoszeniu werdyktu Nagel przyznał, że nieco go to zaskoczyło, ponieważ białko tak dobrze ulegało ekspresji w komórkach nerek. Zarazem podkreślił, że praca Deisserotha nad upowszechnianiem i objaśnianiem tego narzędzia była absolutnie ważna. Także medyczne zastosowanie wymaga ostrożności. Najlepiej udokumentowany przypadek dotyczy mężczyzny, który stracił wzrok wskutek barwnikowego zwyrodnienia siatkówki, a po terapii genowej z użyciem algowej channelrhodopsiny odzyskał ograniczoną zdolność widzenia; opisano go w 2021 roku. Badania kliniczne trwają, a optogenetyka pozostaje przede wszystkim metodą badawczą.

Sztokholmskie wyróżnienie zwieńczyło długi szereg nagród: Wiley Prize i Karl Heinz Beckurts Prize w 2010 roku, obie przyznane wspólnie z Hegemannem i Bambergem, Louis-Jeantet Prize for Medicine w 2013 roku, Rumford Prize w 2019 roku oraz Shaw Prize in Life Science and Medicine w 2020 roku, którą dzielił z Hegemannem i Miesenböckiem. Oficjalnie przeszedł na emeryturę z końcem czerwca 2026 roku. Wraz z Musti spędza chłodne miesiące w okolicach Neapolu, gdzie — jak mówi — średnia temperatura jest o dziesięć stopni wyższa niż w Würzburgu, a mgły nie ma. Jego nazwisko nadal pojawiało się przy nowych publikacjach, w tym przy badaniu z 2025 roku, w którym wykorzystano channelrhodopsynę przewodzącą wapń w płytkach krwi. Ogłoszenie z 5 października 2026 roku uczyniło go piętnastym noblistą związanym z University of Würzburg.

Medal odbierze w Sztokholmie 10 grudnia. Białko, które po raz pierwszy skłonił do działania w komórce jajowej żaby, otwiera się teraz na sygnał w laboratoriach na całym świecie. Czy pomoże kolejnemu pacjentowi, a potem jeszcze następnemu — to pytanie, na które, jego zdaniem, nagroda powinna była poczekać.

Tagi: Georg Nagel, Karl Deisseroth, Nobel Prize, optogenetyka, Peter Hegemann, channelrhodopsin, biofizycy

Powiązane osoby

Peter Hegemann

Karl Deisseroth

Francis Halzen

Neil Gehrels

Marc Chagall

Juergen Teller