Peter Hegemann, Georg Nagel e Karl Deisseroth receberam o Nobel da Medicina de 2026 por transformarem uma proteína de uma alga num interruptor de neurónios. Com luz, a técnica liga e desliga circuitos no cérebro de ratinhos e já devolveu alguma visão a um doente cego.
Ouve o artigo:
Uma cultura de Chlamydomonas espalhada numa placa de Petri dá à água um verde muito leve. Ilumina-se um dos lados da placa e esse verde desloca-se para lá: são as algas a nadar. Cada uma mede cerca de 0,015 milímetros e tem uma pinta alaranjada, a mancha ocular. Ali, proteínas sensíveis à luz, associadas a uma molécula chamada retinal, indicam à célula de onde vem a iluminação. Consoante as condições, a alga nada para a luz ou afasta-se dela.
No início dos anos 90, Peter Hegemann, então investigador no Instituto Max Planck de Bioquímica, em Martinsried, na Alemanha, mediu com elétrodos minúsculos os sinais elétricos que a mancha ocular produzia ao ser iluminada. O impulso surgia meio milissegundo depois de a luz chegar. No olho humano, o caminho entre a luz e o sinal elétrico passa por uma cadeia de reações químicas e demora pelo menos 10 milissegundos.
A alga era mais de 20 vezes mais rápida.
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Dessa diferença saiu o Prémio Nobel da Fisiologia ou Medicina de 2026, anunciado a 5 de outubro pela Assembleia Nobel do Instituto Karolinska, na Suécia. Hegemann, hoje professor de neurociências na Universidade Humboldt de Berlim, divide os 12 milhões de coroas suecas em partes iguais com Georg Nagel, professor de fisiologia molecular de plantas na Universidade de Würzburg, e Karl Deisseroth, professor de bioengenharia e de psiquiatria na Universidade de Stanford e investigador do Howard Hughes Medical Institute.
O comunicado da Assembleia Nobel distingue os três “pelas suas descobertas relativas a canais iónicos controlados pela luz e à optogenética”.
A optogenética é o método que permite ligar ou desligar, com um feixe de luz, um tipo escolhido de neurónio num cérebro vivo. Durante o século XX, os neurocientistas aprenderam a associar regiões do cérebro a funções, mas as ferramentas disponíveis não chegavam para provar que um tipo de célula causava um comportamento. O comité descreve o resultado como um esboço de mapa, cheio de pontos de interrogação.
Per Svenningsson, presidente do comité Nobel de Fisiologia ou Medicina, afirmou no anúncio que a optogenética “oferece oportunidades para mapear o cérebro de uma forma com que outrora só podíamos sonhar”.
Uma proteína que capta a luz e abre a porta
Para perceber a hipótese de Hegemann, convém saber o que é um canal iónico. As células estão envolvidas por uma membrana que separa o interior do exterior. Os canais iónicos são proteínas que atravessam essa membrana e abrem um poro por onde passam partículas com carga elétrica, os iões. Quando os iões entram, a carga da célula muda e nasce um sinal elétrico. É assim que os neurónios comunicam entre si.
No olho humano, a proteína que capta a luz e o canal que gera o sinal são peças separadas, ligadas por vários passos intermédios. A velocidade da alga sugeriu a Hegemann uma explicação mais simples: uma única proteína faria as duas coisas, captar a luz e abrir o canal.
A ideia foi recebida com ceticismo. Nenhum canal conhecido reagia sozinho à luz.
Hegemann tentou isolar a proteína da mancha ocular, sem sucesso durante anos. Fora do seu ambiente natural, as proteínas da alga ficavam instáveis e danificavam-se com facilidade.
A viragem chegou por volta de 2000, quando investigadores japoneses mapearam o ADN da Chlamydomonas e publicaram o código de milhares de genes. A equipa de Hegemann encontrou ali dois genes parecidos com os de proteínas conhecidas por captar a luz, e enviou-os a Georg Nagel, então no Instituto Max Planck de Biofísica, em Frankfurt.
Nagel trabalhava com ovos de rã. Injetou cada um dos genes num lote diferente de ovos, que passaram a fabricar as proteínas da alga e a instalá-las na própria membrana. Quando os ovos eram iluminados, as proteínas abriam-se e deixavam passar iões. A hipótese que Hegemann formulara uma década antes estava confirmada.
As duas proteínas receberam os nomes de canalrodopsina-1 e canalrodopsina-2: canal, pela função, e rodopsina, pela família de proteínas sensíveis à luz a que pertencem.
A primeira foi descrita na revista Science em 2002. A segunda, publicada em 2003 na revista da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos, abria o canal em cerca de 0,2 milissegundos depois de um pulso de luz azul. Os autores levaram o gene para células humanas de rim embrionário e para células de rim de hamster, e as células tornaram-se sensíveis à luz.
No artigo, propuseram a canalrodopsina-2 como ferramenta para despolarizar células, ou seja, para gerar nelas um impulso elétrico, apenas com luz.
Do ovo de rã ao neurónio de rato
Karl Deisseroth, nascido em 1971, chegou à questão por outro caminho. Durante o curso de medicina em Stanford, nos anos 90, pensou em ser neurocirurgião, mas parte da formação decorreu numa clínica psiquiátrica. O contacto com doentes com depressão e esquizofrenia levou-o a perguntar por que razão o cérebro funciona de forma tão diferente de pessoa para pessoa. Doutorou-se em neurociências em 1998 e concluiu medicina em 2000.
Nas fatias de cérebro que estudava em placas de Petri, os neurónios estavam fora do contexto que lhe interessava, o de um animal vivo.
Quando montou o seu laboratório, Deisseroth procurava uma proteína capaz de disparar impulsos em neurónios. Ao saber da canalrodopsina-2, escreveu a Nagel a pedir o ADN. Introduziu-o em neurónios de rato cultivados em laboratório, com receio de que os genes de uma alga os danificassem. Os neurónios fabricaram a proteína sem problemas aparentes e, sob luz azul, dispararam um sinal que se propagava a outras células.
O resultado saiu em agosto de 2005 na Nature Neuroscience, num artigo assinado por Edward Boyden, Feng Zhang, Ernst Bamberg, Georg Nagel e Karl Deisseroth. A equipa usou um vírus modificado, um lentivírus, para entregar o gene às células, e controlou o disparo dos neurónios com uma precisão de milissegundos.
Deisseroth resumiu a diferença face às técnicas anteriores, em declarações à STAT pouco depois do anúncio: “Não estamos a usar a luz para recolher informação, estamos a usar a luz para fazer as coisas acontecerem.”
Em 2006, o método ganhou o nome de optogenética. Em 2007, a equipa de Deisseroth colocou o gene da canalrodopsina-2 num tipo de neurónio do córtex motor de ratinhos vivos, a região que comanda o movimento. Por um pequeno orifício no crânio, introduziu uma fibra ótica fina. Ao iluminar os neurónios pela fibra, a equipa fazia mexer os bigodes do animal.
No mesmo ano, com outros investigadores, usou a técnica para acordar ratinhos adormecidos ao iluminar um tipo de neurónio que se suspeitava controlar a vigília.
Em 2012, a equipa de Susumu Tonegawa, Nobel da Medicina de 1987, num trabalho também assinado por Deisseroth, reativou o que os neurocientistas chamam um engrama, o conjunto de células que guarda uma memória. Os investigadores marcaram os neurónios do hipocampo ativos enquanto ratinhos aprendiam a associar uma câmara a um choque. Noutra câmara, sem perigo, os animais só ficavam imóveis de medo quando a luz reativava essas células.
O artigo publicado na Nature mostrou que ativar aquele conjunto de neurónios bastava para fazer regressar a memória. Os autores escreveram que não podiam concluir que fosse necessário para a recordar.
Circuitos com nome: o que a optogenética revelou no cérebro
Um cérebro humano adulto tem cerca de 86 mil milhões de neurónios, segundo uma contagem publicada em 2009 no Journal of Comparative Neurology, resumida no mesmo ano pela neurocientista Suzana Herculano-Houzel, cada um com milhares de ligações. Neurónios com funções muito diferentes podem estar lado a lado, e um mesmo neurónio pode estender-se até uma região distante. Com a optogenética, os investigadores passaram a ativar um tipo de célula de cada vez e a observar o efeito.
O texto de divulgação do comité Nobel enumera circuitos identificados assim: os da dor, da sede, da alimentação, da recompensa e da atenção, os que regulam o ritmo circadiano, o relógio interno que se desregula com a luz artificial noturna, e os que provocam febre quando o sistema imunitário é ativado.
Nos cuidados que as ratinhas dão às crias, o gesto de as juntar no ninho e o de as limpar dependem de circuitos separados. Deisseroth mostrou também que forçar o coração a bater mais depressa pode reforçar a ansiedade.
A técnica chegou ao estudo da depressão, da esquizofrenia, da doença de Alzheimer e da doença de Parkinson. Na maioria dos casos, o uso continua a ser experimental e em animais: a canalrodopsina só funciona onde o gene foi introduzido e onde a luz chega.
Quem ficou de fora do Nobel da optogenética
Os estatutos do Nobel limitam cada prémio a três laureados, e a escolha deixou nomes de fora. Edward Boyden, primeiro autor do artigo de 2005 e então doutorando no laboratório de Deisseroth, trabalha hoje no Instituto de Tecnologia do Massachusetts. Segundo a STAT, muitos comentadores nas redes sociais defenderam que devia ter sido incluído.
Os materiais do próprio comité citam Gero Miesenböck, que em 2002 tornou sensíveis à luz, por manipulação genética, neurónios que naturalmente não o são, e Zhuo-Hua Pan, da Universidade Wayne State, cujo trabalho sobre células da retina, submetido no fim de 2004, só foi publicado em 2006.
A identificação dos genes também teve concorrência. Segundo o documento científico do comité, três grupos chegaram às sequências de forma independente no início dos anos 2000: o de Hegemann, o de John Spudich, bioquímico do Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas, em Houston, e o de Toshio Takahashi.
O presidente do comité recusou explicar a escolha.
Deisseroth, à STAT, atribuiu o resultado a uma comunidade alargada: “Foi uma comunidade muito vasta, e foi preciso resolver muitas coisas para que tudo funcionasse.”
Luz âmbar numa retina cega
A primeira aplicação clínica da optogenética está no olho. A retinite pigmentosa é uma doença hereditária que destrói os bastonetes e os cones, as células da retina que captam a luz, e conduz à cegueira. Outras células da retina, que transmitem o sinal ao cérebro, sobrevivem à destruição. A ideia é torná-las sensíveis à luz.
Em maio de 2021, uma equipa liderada por José-Alain Sahel, oftalmologista francês da Universidade de Pittsburgh e fundador do Institut de la Vision, em Paris, e por Botond Roska, médico húngaro-suíço do Instituto de Oftalmologia Molecular e Clínica de Basileia, publicou na Nature Medicine o caso de um doente cego.
Por terapia génica, recebeu nas células ganglionares da retina a ChrimsonR, uma canalrodopsina que responde à luz âmbar, que a equipa considera mais segura para a retina do que a azul. Usava óculos com uma câmara que projetava as imagens nesse comprimento de onda.
Com os óculos, tocou num caderno grande pousado numa mesa em 36 de 39 tentativas, 92 por cento. Encontrou uma pequena caixa de agrafos em 36 por cento das vezes e contou corretamente copos em 63 por cento. Sem os óculos, não conseguiu nenhuma das tarefas. Sahel avisou, na nota da Universidade Sorbonne sobre o estudo, que levaria tempo até a terapia poder ser oferecida a doentes.
A 15 de setembro de 2026, Sahel e Roska receberam o Prémio António Champalimaud de Visão, de um milhão de euros. Segundo o comunicado da Fundação Champalimaud, o prémio distingue a investigação dos dois médicos para recuperar a visão de pessoas cegas por doenças da retina.
Roska, que trabalha na optogenética da visão desde 2005, contou à fundação que, quando dizia em conferências que queria aplicá-la a doentes, lhe respondiam que tinha enlouquecido: “Introduzir uma proteína das algas em seres humanos!?”
O anúncio do Instituto Karolinska chegou 20 dias depois.
Dois dias mais tarde, a 7 de outubro, o New England Journal of Medicine publicou os resultados do ensaio PIONEER, liderado por Sahel e Roska, com 10 doentes com retinite pigmentosa avançada, legalmente cegos. Segundo a Universidade de Pittsburgh, 7 dos 10 passaram a ter mais sensibilidade à luz, seis com uma melhoria considerada clinicamente significativa. Alguns detetavam, localizavam e alcançavam objetos com os óculos. Nenhum recuperou a visão normal ou a capacidade de ler.
A terapia foi administrada com segurança; os efeitos secundários oculares foram sobretudo ligeiros ou moderados, como inflamação passageira e subidas curtas da pressão no olho.
Para Sahel, os resultados mostram que o sistema visual “conserva uma capacidade notável de processar informação nova”.
Em Lisboa, a técnica tinha entrado nos laboratórios da fundação. Num estudo publicado na Science Advances a 9 de fevereiro de 2022, a equipa de Rui Costa, neurocientista que dirigiu a Champalimaud Research entre 2014 e 2017 e foi anunciado em dezembro de 2021 como presidente do Allen Institute, nos Estados Unidos, usou optogenética em ratinhos para estimular umas células e registar a resposta de outras enquanto os animais aprendiam movimentos.
Costa explicou ao DNotícias que a equipa queria perceber se esse circuito “é afetado em distúrbios como Parkinson ou a doença de Huntington”.
No documento científico que acompanha o Nobel, o comité cita um artigo de revisão de 2022 que Costa assinou com a neurocientista Silvia Arber, sobre os circuitos do tronco cerebral e dos gânglios da base que comandam o movimento.
