Peter Hegemann, biofizyk, który radzi młodym naukowcom zostawić optogenetykę w spokoju

Peter Hegemann

Urodzony	11 grudnia 1954 Münster, Germany
Zawód	Biofizyk
Nagrody	Nagroda Massry · Nagroda Gottfrieda Wilhelma Leibniza · Nagroda Mózgu

Zapytany, jak młodzi naukowcy mogliby udoskonalić optogenetykę, Peter Hegemann odpowiada każdemu dziennikarzowi tak samo: nie powinni tego robić. Powinni zająć się czymś nowym. To dość zaskakujące słowa człowieka, któremu Zgromadzenie Noblowskie właśnie przypisało zapoczątkowanie całej dziedziny, ale Hegemann od dawna ma zwyczaj opuszczać kolejne obszary badań, zanim zdążą go w pełni pochłonąć. Na konferencji prasowej na Uniwersytecie Humboldtów w Berlinie wyliczył swoje naukowe zwroty: najpierw chemik, potem biochemik, następnie dekada fizjologii roślin, a później profesury z biochemii i biofizyki. „A teraz jestem neurobiologiem — powiedział — choć w życiu nie przeprowadziłem żadnego eksperymentu z dziedziny neurobiologii”.

Nagroda, którą dzieli z Georgiem Nagelem z Uniwersytetu w Würzburgu i Karlem Deisserothem z Uniwersytetu Stanforda, jest wyróżnieniem za odkrycia dotyczące kanałów jonowych bramkowanych światłem i optogenetyki. Relacja komitetu zaczyna się właśnie od niego. „Wszystko zaczęło się od ciekawości Petera Hegemanna” — czytamy w komunikacie prasowym. Chciał się dowiedzieć, jak Chlamydomonas, jednokomórkowa zielona alga, potrafi płynąć w kierunku źródła światła. Odpowiedzią okazała się kanałorodopsyna — białko, które wychwytuje światło i jednym ruchem otwiera por w błonie komórkowej. Po wprowadzeniu do komórki nerwowej pozwala naukowcom aktywować ją niebieskim światłem. Hegemann wciąż pamięta pierwszy komentarz, jaki na temat odkrycia opublikowało czasopismo Science: „Kanał jonowy z błotnego szlamu”. Jak dodaje, społeczność badająca Chlamydomonas nie była zachwycona.

W jego szkolnej edukacji niewiele wskazywało na taką drogę. Hegemann urodził się w Münster 11 grudnia 1954 roku i dorastał w Akwizgranie, w rodzinie lekarzy. W gimnazjum o profilu humanistycznym przez lata tłumaczył — jak sam wspomina — nudne relacje z rzymskich i greckich wojen; interesowały go tylko nauki ścisłe, sztuka i muzyka. Grał na flecie w szkolnej orkiestrze, jeździł na motocyklach, a swoje oceny w szkole i na studiach określa jako zupełnie przeciętne. Studiował chemię w Münster, a potem w Monachium, gdzie zajął się biochemią.

Decyzja, która ukształtowała jego karierę, zapadła w Instytucie Biochemii Maxa Plancka w Martinsried. W 1984 roku obronił tam doktorat w zespole Dietera Oesterhelta, prowadząc badania nad halorodopsyną — napędzaną światłem pompą chlorkową występującą u mikroorganizmu żyjącego w środowisku o wysokim zasoleniu. Jak wspomina, Oesterhelt zaproponował mu dwie drogi: mógł zostać z nim tak długo, jak zechce, aż do emerytury, albo zająć się własnymi badaniami i odejść po pięciu latach. Hegemann wybrał drugą możliwość. Kenneth Foster wysunął w jednej z prac hipotezę, że czujnikiem światła u algi jest rodopsyna — rodzina cząsteczek działających również w oczach zwierząt. Hegemann spędził rok na stażu podoktorskim w laboratorium Fostera na Uniwersytecie Syracuse, po czym wrócił do Martinsried, by pokierować własnym zespołem.

Na początku lat 90. XX wieku natrafił tam na zagadkę, która miała zająć go przez całą dekadę. Za pomocą maleńkich elektrod umieszczonych przy plamce ocznej algi zarejestrował impuls elektryczny pół milisekundy po dotarciu światła — ponad dwadzieścia razy szybciej, niż trwa łańcuch reakcji chemicznych przekształcających światło w sygnał w ludzkim oku. Hegemann doszedł do wniosku, że jedno białko musi jednocześnie wychwytywać światło i działać jak kanał jonowy. Koledzy podchodzili do tej hipotezy sceptycznie, a białko rozpadało się za każdym razem, gdy jego zespół próbował je wyizolować. W 1993 roku objął stanowisko profesora biochemii na Uniwersytecie w Ratyzbonie. Na przełomie tysiącleci jego zespół wypatrzył w sekwencjach genów Chlamydomonas opublikowanych przez japońskich badaczy dwóch kandydatów i przesłał je Nagelowi z Instytutu Biofizyki Maxa Plancka we Frankfurcie. Nagel wprowadził je do komórek jajowych żab i obserwował, jak otwierają się pod wpływem światła. Wraz z Nagelem i Ernstem Bambergem Hegemann opisał kanałorodopsynę-1 w czasopiśmie Science w 2002 roku, a kanałorodopsynę-2 — wariant przyjęty przez neurobiologów — w PNAS w 2003 roku.

Narzędzie szybko się rozpowszechniło. W 2005 roku zespół Deisserotha wykorzystał kanałorodopsynę-2, by sprawić, że hodowane neurony szczura zaczęły wyładowywać impulsy na polecenie. W tym samym roku Hegemann był współautorem badania, w którym białko posłużyło do aktywowania czynności neuronów w zarodkach kurzych. Na Uniwersytecie Humboldtów, gdzie został profesorem biofizyki eksperymentalnej, jego laboratorium zamieniło się w warsztat tworzenia nowych wariantów. W 2014 roku jego zespół przekształcił kanałorodopsynę w bramkowany światłem kanał chlorkowy, który wycisza neurony zamiast je pobudzać. Grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych przyznany w 2016 roku sfinansował poszukiwania enzymów wrażliwych na światło; doprowadziły one do odkrycia pierwszej znanej rodopsyny heterodimerycznej. Od 2015 roku Hegemann piastuje w Berlinie stanowisko starszego profesora Hertie w dziedzinie neurobiologii.

Ograniczenie liczby laureatów Nagrody Nobla do trzech osób upraszcza historię, w której uczestniczyło znacznie więcej badaczy — dobrze pokazuje to kariera Hegemanna. Dieter Oesterhelt, którego prace nad rodopsynami mikroorganizmów stanowiły fundament całego przedsięwzięcia, otrzymał w 2021 roku wraz z Hegemannem i Deisserothem Albert Lasker Basic Medical Research Award, ale zmarł w listopadzie 2022 roku, a Nagrody Nobla nie przyznaje się pośmiertnie. Bamberg, współautor obu prac o kanałorodopsynie, zdobył Brain Prize w 2013 roku razem z tegoroczną trójką laureatów, ale sam do niej nie należy. Sporna jest nawet lokalizacja odkryć. Komitet wskazuje na instytut w Martinsried, tymczasem Uniwersytet w Ratyzbonie twierdzi, że to prace prowadzone w jego laboratoriach położyły pod nie fundamenty. Ograniczone są również nadzieje związane z zastosowaniami medycznymi: najbardziej przekonującym wynikiem klinicznym pozostaje przypadek jednego mężczyzny z barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki, który odzyskał częściową zdolność widzenia. Hegemann otwarcie krytykuje też sposób, w jaki jego środowisko ocenia naukowców. W nagraniu z 2023 roku apelował do kolegów, by po trzech lub czterech latach oceniali młodych badaczy na podstawie oryginalności ich pracy, a nie liczby publikacji — niestety, jak mówił, tak się nie dzieje. W rozmowie z nadawcą rbb przyznał również, że często zastanawiał się, czy pozostać w badaniach podstawowych na Uniwersytecie Humboldtów, ponieważ brakowało tam odpowiedniego wsparcia.

Wiadomość o nagrodzie omal go nie ominęła. W rozmowie z serwisem Nagrody Nobla opowiedział, że 5 października zignorował e-mail od nieznajomej osoby z prośbą o oddzwonienie, dopóki nie rozpoznał szwedzkiego numeru kierunkowego, który zapamiętał z rejsów żeglarskich. Na konferencji prasowej na Uniwersytecie Humboldtów powiedział, że nie można prowadzić badań po to, by zdobywać nagrody, i pochwalił swój zespół, w którym pracują osoby co najmniej dziesięciu narodowości. Władze uczelni wspierają optobiologię, finansując nowy budynek, którego ukończenie zaplanowano na maj 2029 roku. Hegemann nadal doradza Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy i uczestniczy w projekcie Synergy Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, realizowanym od 2022 roku, którego celem jest rozszerzenie zastosowań optogenetyki na większą liczbę układów żywych.

Uroczystość wręczenia medali odbędzie się w Sztokholmie 10 grudnia, dzień przed 72. urodzinami Hegemanna. Planuje zabrać ze sobą rodzinę i najbliższych współpracowników. W wywiadzie dla serwisu Nagrody Nobla zwrócił uwagę, że pierwsza praca na temat reakcji Chlamydomonas na światło ukazała się w 1866 roku. Jej autorem był rosyjski naukowiec, który zebrał algi w Newie w Petersburgu i prowadził badania bez elektryczności. Rada Hegemanna dla tych, którzy przyjdą po nim, jest taka sama jak ta, której udziela w sprawie optogenetyki: jest tyle fascynujących organizmów, które warto badać.

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