Георг Нагель: биофизик, который считал Нобелевскую премию за оптогенетику преждевременной

Георг Нагель

Родился	24 августа 1953 г. Weingarten, Germany
Род занятий	Биофизик
Награды	Премия Brain · Награда Карла Хайнца Беккерта · Приз Луи-Жанте в области медицины

Когда Георгу Нагелю позвонили из Стокгольма, он сидел на террасе среди холмов между Неаполем и Римом: внизу росли оливковые деревья, а рядом стояло лимонное. Он не поверил услышанному. Некоторые друзья каждую осень следили за объявлениями Нобелевских лауреатов, и Нагель всегда советовал им не волноваться заранее. Насколько ему было известно, от оптогенетики — метода, который сделали возможным его эксперименты, — помогло лечение лишь одному пациенту. Противомалярийные препараты и иммунотерапия рака спасли множество людей. А переключатель, управляющий светом в клетках мозга, как думал Нагель, ещё слишком молод, чтобы претендовать на медицинскую премию.

Нобелевская ассамблея решила иначе. Нагель, биофизик из Вюрцбургского университета, разделит Нобелевскую премию по физиологии и медицине с Петером Хегеманном и Карлом Дайсеротом за открытия, связанные со светочувствительными ионными каналами и оптогенетикой. Его вклад в эту историю — экспериментальное доказательство. Хегеманн давно утверждал, что один из белков в глазке зелёной водоросли Chlamydomonas одновременно улавливает свет и открывает пору для заряженных частиц, однако многие коллеги сомневались в этом. Нагель, работавший в Институте биофизики Общества Макса Планка во Франкфурте, ввёл гены-кандидаты в яйцеклетки лягушек и измерил, что происходит при включении света. Поначалу дело шло тяжело. Но однажды, как рассказывал сам Нагель, партия неправильно приготовленных растворов с низким pH дала отчётливый сигнал — и он понял, что именно видит. Случай оказался весьма уместным: первый из двух белков, как выяснилось, был протонным каналом.

Упорство Нагеля уходит корнями в ранние годы. Он родился 24 августа 1953 года в Вайнгартене, в Верхней Швабии, и был старшим из пятерых детей. С пяти лет он тяжело болел. Пока братья и сёстры ездили кататься на лыжах в соседнюю Австрию, он собирал паровой двигатель и радиоприёмники из научных наборов, которые родители дарили ему на каждое Рождество, а летние каникулы часто проводил на операциях в университетской клинике Вюрцбурга — города, где позднее преподавал два десятилетия. Он изучал биологию и биофизику в Констанцском университете; его наставником стал Эрнст Бамберг, первый преподаватель биофизики Нагеля. Ещё студентом Нагель помог открыть кафе. Получив диплом, он преподавал в частной средней школе в Швейцарии. Очередная операция в Вюрцбурге наконец остановила воспаление костей; Нагель увлёкся дельтапланеризмом и продолжал преподавать, пока Бамберг не пригласил его во Франкфурт. Нагель принял приглашение и в 1988 году защитил докторскую диссертацию в Университете имени Гёте, выполнив исследование в Институте биофизики Общества Макса Планка.

Затем последовали пять лет постдокторантуры в США — в Йельском университете и Рокфеллеровском университете. В Нью-Йорке он познакомился с Анной Марией Мусти, молекулярным биологом из Неаполя, приглашённым профессором Колумбийского университета; она помогла ему расширить биофизический подход к науке. Они поженились в Дании в 1996 году, у них есть дочь. Вернувшись во Франкфурт и возглавив исследовательскую группу в Институте Макса Планка, Нагель и Бамберг в 1995 году показали, что бактериородопсин — светочувствительный насос микроба — действует и при экспрессии в яйцеклетках лягушки, делая животные клетки чувствительными к свету. Яйцеклетка лягушки стала испытательной площадкой для всех последующих исследований.

В 2002 году Нагель, Хегеманн, Бамберг и их коллеги описали в журнале Science каналродопсин-1 — протонный канал, открывающийся под действием света; среди соавторов была и Мусти. В 2003 году команда Нагеля показала в Proceedings of the National Academy of Sciences, что каналродопсин-2 открывается непосредственно под воздействием света и пропускает положительно заряженные ионы. Исследователи также установили, что белок действует в клетках почек человека, которые деполяризуются под синим светом. Дайсерот написал Нагелю и попросил прислать ген; в 2005 году его группа в Стэнфорде использовала ген, чтобы заставить культивируемые нейроны срабатывать по команде. Нагель и Бамберг стали соавторами этой статьи. В том же году Нагель вместе с Александром Готшальком опубликовал одну из первых работ, где каналродопсин применили для управления поведением целого животного — круглого червя Caenorhabditis elegans. Для этого использовали мутантный белок, который Нагель сконструировал, чтобы усилить ток.

В 2004 году он переехал в Вюрцбург, где стал профессором молекулярной физиологии растений в Институте Юлиуса фон Сакса. Это неожиданное место работы на два десятилетия стало базой для расширения инструментария нейронауки. Вместе с Шицян Гао его группа создала управляемые светом ферменты для сигнальных молекул цАМФ и цГМФ, в том числе CyclOp, описанный в 2015 году. Нагель также направил метод обратно на растения: для жизни им необходим свет, но у них нет ретиналя, который требуется родопсинам. В исследовании, опубликованном в Nature Plants в 2021 году под руководством Нагеля, светочувствительный канал, взятый у водоросли, использовали для управления ростом табака. В 2019 году он перешёл в Институт физиологии, а с 2021 года продолжил работу там в должности старшего профессора.

Премия проливает свет и на тех, кто остался за пределами тесного круга лауреатов. Правила Нобелевского комитета разрешают наградить не более трёх человек, и в списке нет Бамберга — наставника Нагеля, впоследствии директора франкфуртского института и соавтора статей о каналродопсине. Не вошли в него и Эдвард Бойден, первый автор статьи 2005 года о нейронах, и Геро Мизенбёк, который раньше научился вызывать реакцию нейронов на свет с помощью другой системы. В 2013 году все шестеро разделили Brain Prize. Нагель откровенно говорит о том, где заключался риск. Дайсерот писал в обзорных статьях, что перенос каналродопсина в нейроны был крайне рискованным проектом. В первом интервью после объявления Нагель признался, что это его немного удивило: белок ведь так хорошо экспрессировался в клетках почек. При этом он назвал работу Дайсерота по распространению и объяснению метода исключительно важной. Медицинские заявления тоже требуют осторожности. Самый убедительно задокументированный случай применения метода у человека — история мужчины, ослепшего из-за пигментного ретинита и частично восстановившего зрение после генной терапии с использованием каналродопсина водоросли; о ней сообщили в 2021 году. Испытания продолжаются, но оптогенетика по-прежнему служит прежде всего исследовательским методом.

Стокгольмская награда стала завершением длинной череды премий: премии Wiley и Карла Хайнца Бекуртса в 2010 году — обе вместе с Хегеманном и Бамбергом, премии Луи-Жанте в области медицины в 2013 году, премии Румфорда в 2019-м и премии Шао в области наук о жизни и медицины в 2020-м, разделённой с Хегеманном и Мизенбёком. Официально Нагель вышел на пенсию в конце июня 2026 года. В холодные месяцы они с Мусти живут неподалёку от Неаполя: там, по его словам, в среднем на десять градусов теплее, чем в Вюрцбурге, и нет тумана. Однако его имя продолжало появляться в новых научных публикациях, в том числе в статье 2025 года об использовании каналродопсина, проводящего кальций, в тромбоцитах. Объявление, сделанное 5 октября 2026 года, сделало его пятнадцатым нобелевским лауреатом Вюрцбургского университета.

Медаль он получит в Стокгольме 10 декабря. Белок, который он впервые заставил работать в яйцеклетке лягушки, теперь по команде открывается в лабораториях по всему миру. Дойдёт ли метод до второго пациента, а затем и до третьего, — именно того вопроса, ради которого, как считал Нагель, с присуждением премии следовало повременить.

Теги: Нобелевская премия, Georg Nagel, Karl Deisseroth, Peter Hegemann, оптогенетика, биофизики