L’Assemblée Nobel de l’Institut Karolinska, en Suède, a récompensé les trois chercheurs « pour leurs découvertes concernant les canaux ioniques activés par la lumière et l’optogénétique ».

Derrière cette formulation très scientifique se cache une avancée spectaculaire : leurs travaux ont permis aux chercheurs d’utiliser la lumière pour contrôler l’activité de cellules nerveuses spécifiques, et ainsi observer avec une précision jusque-là difficilement imaginable le fonctionnement de certains circuits du cerveau.

Quand une algue ouvre une nouvelle voie pour comprendre le cerveau

L’histoire de cette découverte trouve notamment son origine dans l’étude de micro-organismes capables de réagir à la lumière.

Les recherches de Peter Hegemann et Georg Nagel ont contribué à l’identification et à la caractérisation des channelrhodopsines, des protéines sensibles à la lumière qui fonctionnent comme des canaux permettant le passage d'ions à travers les membranes cellulaires.

Cette propriété allait se révéler particulièrement précieuse.

En introduisant les mécanismes appropriés dans certaines cellules, il devient possible de rendre ces dernières sensibles à une lumière d’une longueur d’onde déterminée. Une impulsion lumineuse peut alors provoquer ou modifier leur activité.

Karl Deisseroth et ses collaborateurs ont ensuite joué un rôle déterminant dans le développement de cette approche pour contrôler avec précision des neurones à l’aide de la lumière.

C’est ainsi que s’est développée l’optogénétique.

Allumer et éteindre certains neurones avec la lumière

Le principe peut être résumé simplement : des cellules nerveuses ciblées sont rendues sensibles à la lumière grâce à des protéines particulières.

Les chercheurs peuvent ensuite envoyer de la lumière sur ces cellules afin de modifier leur activité.

Cette technique permet donc, dans des modèles expérimentaux, d’activer ou d’inhiber des populations précises de neurones et d’observer immédiatement les conséquences.

Au lieu de simplement constater qu’une région du cerveau est active pendant un comportement, les scientifiques disposent ainsi d’un outil permettant d’étudier beaucoup plus directement le rôle de cellules et de circuits particuliers.

L’optogénétique a ainsi révolutionné la manière dont les scientifiques explorent les mécanismes associés notamment aux mouvements, à la mémoire, aux émotions et aux comportements.

Des perspectives importantes pour la médecine

Les découvertes récompensées dépassent largement la recherche fondamentale.

L’optogénétique est aujourd’hui utilisée dans de nombreux laboratoires pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans certaines maladies neurologiques et psychiatriques.

Les recherches portent notamment sur la maladie de Parkinson, l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer, les addictions et certains troubles psychiatriques.

Mais il convient de distinguer les possibilités offertes par la recherche des traitements déjà disponibles : l’attribution du Nobel ne signifie pas que l’on dispose aujourd’hui d’un traitement optogénétique généralisé permettant de soigner ces maladies chez l’être humain.

Les applications médicales restent largement en développement.

L’une des pistes particulièrement étudiées concerne également la restauration de certaines fonctions visuelles. Des chercheurs tentent d’exploiter des protéines sensibles à la lumière pour rendre de nouveau certaines cellules de la rétine capables de répondre à des signaux lumineux chez des personnes souffrant de maladies dégénératives de l’œil.

Une révolution pour les neurosciences

Avant l’essor de l’optogénétique, les chercheurs disposaient déjà de différentes méthodes pour enregistrer ou stimuler l’activité cérébrale. Mais il était beaucoup plus difficile de cibler avec une grande précision un type particulier de cellules au sein d’un réseau extrêmement complexe.

Le cerveau humain contient des milliards de neurones organisés en circuits qui interagissent en permanence.

L’optogénétique a fourni aux scientifiques un moyen particulièrement puissant de déterminer quelles cellules participent à certaines fonctions et comment leurs interactions peuvent influencer un comportement.

Cette capacité explique pourquoi cette technologie est devenue en quelques années l’un des outils majeurs des neurosciences modernes.

Trois chercheurs, un Nobel

Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel se partageront la récompense financière accompagnant le prix Nobel, fixée cette année à 12 millions de couronnes suédoises.

Leurs parcours illustrent également la complémentarité entre plusieurs disciplines scientifiques : l’étude fondamentale de protéines sensibles à la lumière a finalement contribué à la création d’un outil permettant d’explorer certains des mécanismes les plus complexes du cerveau.

En récompensant leurs travaux, le comité Nobel consacre ainsi une découverte née de la rencontre entre biologie, génétique, neurosciences et lumière, devenue aujourd’hui indispensable dans de nombreux laboratoires à travers le monde.

Comprendre l’optogénétique en une phrase

L’optogénétique est une technique permettant de rendre certaines cellules sensibles à la lumière afin de contrôler leur activité avec une très grande précision.

Une idée qui paraissait autrefois relever de la science-fiction et qui constitue désormais l’un des outils majeurs utilisés par les chercheurs pour tenter de comprendre le fonctionnement du cerveau.