Le prix Nobel de physiologie ou médecine a été décerné lundi à trois chercheurs : le biophysicien allemand Peter Hegemann, son compatriote Georg Nagel et le psychiatre et neuroscientifique américain Karl Deisseroth, de l’université Stanford. Le comité Nobel récompense la mise au point de l’optogénétique, une technique qui permet d’allumer ou d’éteindre à volonté des neurones précis à l’aide de simples impulsions lumineuses.
Pour comprendre le rôle d’une population de cellules nerveuses, les biologistes devaient jusque-là étudier des cerveaux lésés ou supprimer génétiquement certains neurones. Une méthode imparfaite : le cerveau peut compenser la perte de cellules, et leur disparition précoce modifie le développement des circuits voisins. L’idéal était de pouvoir activer ou bloquer des neurones dans un cerveau resté intact, au moment choisi.
Tout part d’une algue verte
La clé est venue d’un organisme unicellulaire, Chlamydomonas, une microalgue qui se déplace vers la lumière grâce à une tache oculaire. Alors à l’université Humboldt de Berlin, Peter Hegemann a montré qu’un éclair lumineux déclenchait chez elle un afflux très rapide d’ions, signe qu’un canal ionique s’ouvrait sous l’effet de la lumière. Il a ensuite identifié les gènes responsables.
Avec Georg Nagel, alors à l’université de Wurtzbourg, il a caractérisé ces protéines, baptisées channelrhodopsines : l’une ne laisse passer que des protons, l’autre une large gamme d’ions positifs. Georg Nagel a montré qu’elles fonctionnaient aussi bien dans des embryons de grenouille que dans des cellules humaines en culture, puis qu’elles pouvaient modifier le comportement d’un petit ver, C. elegans, exposé à la lumière.
Une boîte à outils devenue incontournable
L’équipe de Karl Deisseroth a transformé cette découverte en outil de laboratoire. Elle a prouvé que les channelrhodopsines provoquaient de véritables influx nerveux dans les neurones, trouvé des variantes sensibles à d’autres couleurs, ainsi qu’une version capable de faire taire les cellules. Elle a aussi conçu des sources lumineuses compactes et des fibres optiques souples pour agir dans le cerveau d’animaux libres de leurs mouvements.
Depuis, l’optogénétique a servi à étudier la mémoire, le réveil ou encore les comportements maternels chez la souris. Elle a même permis de rendre une perception limitée de la lumière à un patient atteint d’une forme de cécité liée à la mort des cellules de la rétine. Un rappel, aussi, que des questions de recherche fondamentale en apparence anodines, comme la façon dont une algue trouve la lumière, peuvent finir par bouleverser la médecine.
Image : Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College, Public domain, via Wikimedia Commons
