Karl Deisseroth: psychiatra, który włącza neurony światłem, dostał Nobla

Karl Deisseroth

Photo: Christopher Michel / CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Urodzony	18 listopada 1971 Boston, Massachusetts, United States
Zawód	Psychiatra i neurobiolog
Nagrody	Nagroda Albany Medical Center · Nagroda Dickson w Medycynie · Nagroda Massry

Większość laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny przestawała leczyć pacjentów na długo przed telefonem ze Sztokholmu. Karl Deisseroth nigdy tego nie zrobił. Naukowiec ze Stanfordu, który dał neurobiologii metodę pozwalającą włączać i wyłączać wybrane komórki mózgu błyskiem niebieskiego światła, nadal siada naprzeciw osób z ciężkimi zaburzeniami psychicznymi i słucha, jak próbują opisać stany, którym trudno nadać słowa. Jak mówi, te rozmowy bezpośrednio wpływają na to, co jego laboratorium bada w następnej kolejności. Nagroda Nobla, którą teraz dzieli z innymi, docenia stworzone narzędzie. To klinika wciąż podsuwa pytania, na które miało ono pomóc odpowiedzieć.

Metoda ta nosi nazwę optogenetyki — termin wymyślił sam Deisseroth. Wykorzystuje kanałorodopsynę, białko pochodzące z jednokomórkowej zielonej algi, które pod wpływem światła otwiera por. Jeśli do wybranej grupy neuronów wprowadzi się gen kodujący to białko, komórki te zaczynają wyładowywać impulsy na żądanie, z milisekundową precyzją, podczas gdy sąsiednie pozostają nieaktywne. Dla dziedziny, która przez pokolenia dopasowywała obszary mózgu do zachowań, obserwując skutki ich uszkodzenia, oznaczało to możliwość zadania wreszcie pytania o przyczynę: włącz ten obwód — co zrobi zwierzę? „Nie używamy światła do zbierania informacji, tylko po to, by wywoływać zdarzenia” — powiedział STAT w poranek, w którym ogłoszono nagrodę.

Deisseroth urodził się w Bostonie 18 listopada 1971 roku. Jest synem onkologa Alberta Deisserotha, a szkołę ukończył w Houston, w St. John’s School, w 1988 roku. Studiował nauki biochemiczne na Harvardzie, gdzie uzyskał dyplom w 1992 roku, a następnie przeniósł się na zachód, na Stanford. Tam, w laboratorium Richarda Tsiena, obronił w 1998 roku doktorat z neurobiologii, a w 2000 roku uzyskał dyplom lekarza. Jak sam mówił, gdy zaczynał studia medyczne, psychiatria w ogóle nie była częścią jego planów. Zmienił to staż specjalizacyjny. Na oddziałach spotkał się z zaburzeniami, które jego profesja potrafiła szczegółowo opisać, ale wyjaśniała jedynie w przybliżeniu. Rozbieżność między opisem a wyjaśnieniem stała się osią jego badań.

W 2004 roku otworzył własne laboratorium na Stanfordzie. W lipcu tego samego roku zanotował w notesie pierwszą aktywność neuronów niosących kanałorodopsynę — białko scharakteryzowane w algach przez Petera Hegemanna i Georga Nagela — wywołaną światłem. Artykuł ukazał się w 2005 roku w Nature Neuroscience; pierwszym autorem był Ed Boyden, a wśród współautorów znaleźli się Feng Zhang, Ernst Bamberg i Nagel. W tym samym roku National Institutes of Health przyznało Deisserothowi Director’s Pioneer Award. W 2006 roku nadał nazwę całej dziedzinie, a do 2007 roku przełącznik działał już w mózgach żywych myszy. W 2010 roku czasopismo Nature Methods uznało optogenetykę za Metodę Roku. Od 2009 roku jest badaczem Howard Hughes Medical Institute.

W tym samym laboratorium powstał także drugi wynalazek. W 2013 roku Deisseroth był głównym autorem artykułu opisującego CLARITY, metodę opracowaną wraz z jego podoktorantem Kwanghunem Chungiem i neurobiolożką Vivianą Gradinaru. Pozwala ona przekształcić nienaruszony mózg w przezroczysty hydrożel, przez który mogą przenikać światło i sondy molekularne. Późniejsze warianty tej chemii hydrożelowo-tkankowej, takie jak STARmap, umożliwiają odczytywanie aktywności genów w pojedynczych komórkach i w trzech wymiarach, bez krojenia tkanki na plastry. Równolegle z tymi pracami zespół Deisserotha i zespół Hegemanna ustaliły struktury kanałorodopsyn w wysokiej rozdzielczości, wyjaśniając, w jaki sposób por wybiera jony i barwy światła.

Nagrodę ogłoszoną 5 października 2026 roku przez Zgromadzenie Noblowskie przy Karolinska Institutet podzielili Deisseroth, Hegemann i Nagel. Przyznano ją „za odkrycia dotyczące kanałów jonowych aktywowanych światłem i optogenetyki”. Regulamin ogranicza liczbę laureatów Nobla do trzech osób, przez co nie wszyscy znaleźli się na liście. Po ogłoszeniu werdyktu komentatorzy w mediach społecznościowych najgłośniej protestowali przeciw pominięciu Boydena, obecnie pracującego na MIT; nie odpowiedział on na prośby o komentarz. W materiałach źródłowych komitet wymienia również innych pionierów, w tym Gero Miesenböcka, który w 2002 roku jako pierwszy uwrażliwił na światło zwykłe neurony, oraz Zhuo-Hua Pana, który testował kanałorodopsynę w komórkach siatkówki. Deisseroth mówi o kwestii pierwszeństwa bardziej otwarcie niż większość: opublikował strony notesu z lipca 2004 roku i regularnie wymienia laboratoria — między innymi Stefana Herlitze, Alexandra Gottschalka, Hiromu Yawo i Pana — które w ciągu kolejnego roku uzyskały podobne wyniki. Jest jeszcze jedno zastrzeżenie, które łatwo umyka wśród celebracji. Mimo szerokiego zastosowania w laboratoriach, w opisie zastosowań klinicznych przygotowanym przez sam komitet noblowski wspomniano jedynie o próbach przywracania wzroku osobom z zaburzeniami widzenia. Korzyści psychiatryczne, na które mogliby liczyć jego pacjenci, wciąż pozostają przedmiotem programu badawczego.

Deisseroth próbował także wyjaśniać, co obwody mózgowe znaczą dla leczonych przez niego osób. Wydana przez Random House w 2021 roku książka Projections łączy opowieści ze spotkań z pacjentami z opisem obwodów neuronalnych leżących u podłoża emocji. Autor przekonuje, że stany psychiczne tworzą spektrum zakorzenione w historii ewolucji. Tytuł nawiązuje do dwóch znaczeń słowa: mechanizmu obronnego rozpoznawanego przez psychiatrów oraz długich włókien, którymi neuron łączy się z odległym celem.

Telefon z wiadomością o Noblu zadzwonił po północy czasu kalifornijskiego. Deisseroth pracował do późna nad artykułem, właśnie położył się do łóżka i był pierwszym z trójki laureatów, do którego dodzwonił się komitet. W wywiadzie nagranym tamtej nocy, gdy reszta domowników spała, opowiedział o niedawnych badaniach, w których jego zespół za pomocą światła regulował rytm serca myszy, by obserwować, jak zmiany tętna wpływają na stany mózgu i zachowanie. Chodziło o komunikację z ciała do mózgu z precyzją, jaką daje przełącznik. W chwili ogłoszenia nagrody miał 55 lat. Współlaureatów nazwał częstymi współpracownikami i przyjaciółmi, z którymi przez lata dzielił publikacje, konferencje i piwo.

Nobel zwieńczył pasmo wyróżnień, w którym znalazły się już Lasker Basic Medical Research Award z 2021 roku, dzielona z Hegemannem i Dieterem Oesterheltem; Kyoto Prize z 2018 roku, dzięki której został najmłodszym laureatem w historii tej nagrody; Canada Gairdner International Award z tego samego roku; Harvey Prize, którą otrzymał wraz z Hegemannem w 2016 roku; Breakthrough Prize in Life Sciences; oraz Brain Prize z 2013 roku, przyznana mu wspólnie z pięciorgiem innych badaczy optogenetyki, w tym Boydenem. Należy do amerykańskich akademii nauk, inżynierii i medycyny.

Jest mężem Michelle Monje, neurobiolożki ze Stanfordu, z którą ma czworo dzieci; ma także syna z wcześniejszego związku. Na Stanfordzie piastuje stanowisko profesora bioinżynierii im. D.H. Chena, a także profesora psychiatrii i nauk behawioralnych. Pracuje również jako lekarz prowadzący w szpitalu Stanforda.

Uroczystość w Sztokholmie zaplanowano na 10 grudnia. Potem, jak sam zapowiada, codzienność pozostanie bez zmian: późne noce nad artykułami, laboratorium i pacjenci, których opisy własnych przeżyć wciąż są dla niego najtrudniejszymi danymi do zrozumienia.

Tagi: Georg Nagel, Karl Deisseroth, optogenetyka, Peter Hegemann, Stanford University, Ed Boyden