D’une algue au cerveau : l’étonnante histoire du Nobel de médecine 2026

Source: The Conversation – France in French (2) – By Robert Lucas, Professor, Neuroscience, University of Manchester

L’ESSENTIEL

Le prix Nobel de médecine 2026 récompense la découverte de protéines permettant de contrôler des cellules nerveuses grâce à la lumière.
Cette technique, l’optogénétique, permet d’étudier très précisément le fonctionnement du cerveau.
Déjà testée pour restaurer partiellement la vision, elle pourrait ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques.

Les scientifiques qui ont découvert comment contrôler les cellules du cerveau grâce à la lumière ont remporté cette année le prix Nobel de physiologie (ou médecine). Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel ont été récompensés pour leurs recherches sur les « canaux ioniques activés par la lumière et l’optogénétique ».

Peter Hegemann, de l’université Humboldt de Berlin, et Georg Nagel, de l’université de Wurtzbourg, cherchaient à comprendre comment une minuscule algue unicellulaire appelée Chlamydomonas perçoit la lumière. Cette capacité n’est pas propre aux animaux dotés d’yeux : dans l’ensemble du monde vivant, des organismes utilisent la lumière pour appréhender leur environnement et réagir à ses changements. Même les organismes unicellulaires possèdent des protéines sensibles à la lumière. Elles leur permettent de se déplacer vers une source lumineuse ou de s’en éloigner, de produire de l’énergie et de s’adapter aux différentes contraintes imposées par le cycle de 24 heures.

Hegemann et Nagel ont découvert que Chlamydomonas possède un mécanisme de détection de la lumière d’une remarquable ingéniosité, qui repose sur une seule protéine appelée channelrhodopsine.

La channelrhodopsine est intégrée à la membrane externe de la cellule de l’algue. Une partie de la protéine est tournée vers l’eau à l’extérieur de la cellule, tandis qu’une autre se trouve du côté intérieur. La protéine contient également une petite molécule appelée rétinaldéhyde, capable d’absorber la lumière.

Lorsque la lumière atteint le rétinaldéhyde contenu dans la channelrhodopsine, celui-ci change de forme. Cette transformation entraîne à son tour une modification de la forme de la protéine. Un minuscule canal s’ouvre alors à travers la membrane cellulaire. Des particules chargées positivement, notamment des ions sodium, peuvent ainsi passer de l’eau située à l’extérieur de l’algue vers l’intérieur de la cellule. Ce déplacement de particules chargées déclenche dans l’algue un signal qui lui permet de se déplacer.

Certes, il est formidable d’avoir su répondre à une question biologique aussi intéressante, mais pourquoi récompenser ces travaux par le prix Nobel de physiologie ou médecine ? La réponse réside dans le fonctionnement des cellules nerveuses. Celles-ci contrôlent leur activité grâce au déplacement de particules chargées, appelées « ions », à travers leur membrane. Lorsque des ions chargés positivement pénètrent dans une cellule nerveuse, ils peuvent accroître son activité.

Les chercheurs ont compris que s’ils parvenaient à introduire la channelrhodopsine dans des cellules nerveuses, ils pourraient peut-être les activer simplement en les éclairant. C’est précisément ce qu’ont ensuite réussi à faire Hegemann, Nagel et le troisième lauréat du prix Nobel, Karl Deisseroth, psychiatre et bio-ingénieur à l’université Stanford, en Californie.

Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel, lauréats du prix Nobel de médecine 2026.
Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach, CC BY

Activer les cellules nerveuses grâce à la lumière

La capacité à contrôler les cellules nerveuses grâce à la lumière s’appelle l’optogénétique. Elle est devenue un puissant outil de recherche, car elle permet aux scientifiques d’activer ou de désactiver des groupes précis de ces cellules et d’observer ce qui se produit.

Les scientifiques commencent par introduire le gène de la channelrhodopsine dans les cellules nerveuses qu’ils souhaitent étudier. Ce gène est généralement transporté à l’intérieur les cellules par un virus (lequel a été modifié afin qu’il ne puisse pas provoquer de maladie). Les cellules produisent alors la protéine channelrhodopsine, qui les rend sensibles à la lumière.

Chez des animaux comme la souris, les scientifiques peuvent alors envoyer de la lumière dans le cerveau à l’aide d’une fine fibre optique. Lorsque la lumière atteint les cellules, la channelrhodopsine ouvre son canal et les cellules s’activent. Les cellules nerveuses voisines qui ne possèdent pas cette protéine ne sont, elles, pas affectées.

La lumière peut ainsi être dirigée vers une toute petite zone du cerveau et allumée ou éteinte extrêmement rapidement. L’optogénétique constitue désormais un outil particulièrement puissant pour étudier le fonctionnement du cerveau. Par exemple, si les scientifiques veulent savoir si un groupe particulier de cellules nerveuses intervient dans la mémoire, le sommeil, les sensations ou encore le mouvement, ils peuvent activer ces cellules grâce à la lumière et observer ce qui se passe.

Lors d’une expérience menée en 2012, une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a administré à des souris une légère décharge électrique dans une cage conçue spécifiquement. Grâce à l’optogénétique, les chercheurs ont marqué les cellules nerveuses du centre de la mémoire du cerveau qui étaient actives pendant cette expérience de conditionnement de la peur. Quelques jours plus tard, dans une autre cage, ils ont activé ces mêmes cellules à l’aide de lumière. Les souris se sont alors figées de peur, comme si elles se souvenaient de la décharge électrique.

Les souris qui n’avaient pas reçu de décharge ne se sont pas figées, ce qui a montré que la lumière réactivait un souvenir précis. Deisseroth est l’un des auteurs de cette étude.

On le voit, l’optogénétique a profondément transformé la manière dont les scientifiques étudient le fonctionnement du cerveau et du système nerveux. Mais elle pourrait également, à l’avenir, devenir un outil thérapeutique. Des essais cliniques précoces menés sur des personnes atteintes de dégénérescence de la rétine sont en cours. Les chercheurs introduisent des protéines sensibles à la lumière dans les cellules nerveuses qui subsistent dans la rétine après la disparition de celles qui détectent normalement la lumière, les bâtonnets et les cônes. Les cellules restantes peuvent ainsi devenir sensibles à la lumière, ce qui permet de restaurer en partie la vision.

Les chercheurs étudient également la possibilité d’utiliser un jour l’optogénétique pour traiter certaines maladies neurologiques, notamment la maladie de Parkinson et l’épilepsie.

Le prix Nobel de cette année récompense des travaux qui ont commencé par une question pouvant sembler très théorique : comment Chlamydomonas fait-elle pour nager vers la lumière ? Cette question n’avait aucune application pratique évidente. Elle ne comblait aucun besoin urgent en matière de santé humaine et ne semblait pas non plus ouvrir la voie à des applications lucratives.

Pour cette raison, le succès de l’optogénétique illustre l’importance de continuer à poser des questions dans le seul but de comprendre le monde qui nous entoure : il est impossible de prévoir où les connaissances ainsi acquises finiront par nous mener.

Robert Lucas reçoit des financements du Conseil européen de la recherche (ERC), du Wellcome Trust, de l’UKRI (par l’intermédiaire du Medical Research Council et du Biotechnology and Biological Sciences Research Council) et de Fight for Sight. Il est également désigné comme inventeur dans des brevets portant sur l’utilisation de l’opsine des bâtonnets pour restaurer la vision.

– ref. D’une algue au cerveau : l’étonnante histoire du Nobel de médecine 2026 – https://theconversation.com/dune-algue-au-cerveau-letonnante-histoire-du-nobel-de-medecine-2026-293723