A investigação sobre como uma alga unicelular percebe a luz levou às descobertas que deram origem à optogenética, técnica usada para controlar a atividade de neurônios com flashes de luz. O trabalho foi reconhecido nesta semana com o Nobel de Medicina de 2026, concedido a Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel.
A espécie estudada foi a Chlamydomonas reinhardtii, capaz de mudar sua direção de movimento conforme a iluminação. O biofísico Peter Hegemann queria descobrir como a luz era convertida em um sinal elétrico que alterava o comportamento da célula.
A hipótese era que esse processo envolvesse uma rodopsina, proteína relacionada à percepção luminosa. Hegemann estimou que conseguiria purificá-la em cerca de um ano, mas a tarefa levou 15. A proteína era rara e instável, o que dificultou o avanço dos experimentos.
Da alga às células humanas
No início dos anos 2000, Suneel Kateriya identificou, em um banco de genes da alga, sequências associadas a rodopsinas microbianas. Hegemann então procurou Georg Nagel, especialista em canais iônicos no Instituto Max Planck de Biofísica, em Frankfurt.
Nagel usou ovos de rã para produzir as proteínas na membrana celular. Em 2002, um estudo na Science demonstrou que a channelrhodopsin-1 era um canal de prótons acionado pela luz. Em 2003, os pesquisadores descreveram a channelrhodopsin-2, ou ChR2, capaz de permitir a passagem de cátions quando iluminada. A proteína também foi produzida em células humanas, nas quais a luz modificou a atividade elétrica.
A aplicação em neurônios veio em 2005. Edward Boyden, Feng Zhang e Karl Deisseroth, com Ernst Bamberg e Georg Nagel, inseriram ChR2 em neurônios de rato mantidos em cultura. Pulsos luminosos em escala de milissegundos passaram a controlar a atividade dessas células.
A técnica permite selecionar grupos específicos de neurônios, torná-los sensíveis à luz e observar os efeitos de sua ativação ou inibição. Assim, pesquisadores investigaram circuitos ligados a movimento, memória, recompensa, medo e comportamento, além de testar relações de causa e efeito.
Pesquisa básica e possíveis aplicações
Hegemann e Nagel escreveram, em um artigo de 2013, que não imaginavam que o estudo da fototaxia em algas despertaria interesse em uma revista médica. A trajetória passou a exemplificar como uma investigação sem aplicação definida pode gerar uma ferramenta científica anos depois.
Hoje, a optogenética é principalmente usada em pesquisa. A técnica já apareceu em estudos sobre doenças neurológicas e psiquiátricas e é analisada como possível base para aplicações terapêuticas. Ainda não é um tratamento disponível para essas doenças: entre os desafios estão levar os genes corretos às células certas e iluminar tecidos no interior do organismo.
A visão é uma das áreas mais avançadas. Pesquisadores estudam proteínas sensíveis à luz para tornar responsivas novamente determinadas células da retina em pessoas com doenças que causam perda de visão.
