Les biologistes James Watson et Francis Crick découvrirent la structure en double hélice de l’ADN en 1953, ce qui leur a valut d’être récompensés par le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962, qu’ils partagèrent avec le physicien et biologiste Maurice Wilkins. En 1979, Crick publia un article dans la revue Scientific American dans lequel il exposa l’une des plus grandes limites techniques des neurosciences : pour comprendre le fonctionnement du cerveau, il était nécessaire de trouver un moyen d’activer ou de désactiver un type précis de neurones sans toucher aux cellules voisines.
Pour lui, seule la lumière pouvait remplir ce rôle, puisque ni le courant électrique des électrodes (trop diffus dans leur action), ni les médicaments (trop lents à agir) ne pouvaient isoler une seule cellule dans le réseau neuronal. Seulement, à l’époque, la technologie n’était pas assez au point pour que les scientifiques parviennent à rendre des neurones sensibles à des stimuli optiques.
Pendant que la neurologie piétinait sur ce problème, des microbiologistes étudiaient des algues unicellulaires (comme Chlamydomonas reinhardtii). Pour optimiser leur exposition à la lumière, ces organismes nagent vers elle grâce à un « œil » microscopique doté de protéines spécifiques : les opsines. Lorsqu’un rayon lumineux les frappe, ces protéines laissent passer des ions, générant un micro-courant électrique qui active les flagelles de l’algue. À l’état naturel, ce mécanisme existait donc déjà, mais il fallait trouver le moyen de récupérer le gène de cette protéine microbienne pour l’insérer dans l’ADN de neurones de mammifères afin qu’ils se mettent, eux aussi, à réagir à la lumière.
La résolution de ce problème a exigé 47 ans de recherche ; lundi 5 octobre, l’Assemblée Nobel de l’Institut Karolinska de Stockholm a décerné le prix Nobel de physiologie ou médecine 2026 à trois chercheurs qui ont, chacun à leur manière, permis de concrétiser le rêve de Francis Crick. Karl Deisseroth, 54 ans, professeur à l’Université Stanford en Californie, Peter Hegemann, 71 ans, biophysicien à l’Université Humboldt de Berlin, et Georg Nagel, 73 ans, rattaché à l’Université de Würzburg en Allemagne. Ils se partagent, à parts égales, les 12 millions de couronnes suédoises du prix (environ 1,07 million d’euros) pour avoir fondé l’optogénétique, une technologie qui a révolutionné l’étude du cerveau en transformant la lumière en une véritable « télécommande » actionnant le système nerveux.
La fin d’un demi-siècle d’impuissance
C’est au début des années 2000 qu’Hegemann et Nagel découvrirent le gène responsable de la phototaxie (mouvement de nage vers la lumière) de C. reinhardtii : ils le baptisèrent channelrhodopsine. Ils démontrèrent également que la protéine qu’il codait pouvait fonctionner dans des cellules animales : une fois exprimée dans une cellule étrangère à l’algue, elle conservait sa capacité à transformer un signal lumineux en signal électrique. Deux de leurs publications fondatrices, parues respectivement dans les revues Science en 2002 et Proceedings of the National Academy of Sciences en 2003, posèrent les bases théoriques de ce qui deviendra, plus de 20 ans plus tard, l’optogénétique.
Peu après la parution de ces travaux, Deisseroth, psychiatre et neuroscientifique, comprit l’immense potentiel de la channelrhodopsine. En 2005, son équipe introduisit le gène dans des neurones hippocampiques de rat en culture (l’hippocampe étant la région du cerveau impliquée dans la mémoire et l’orientation spatiale).
Elle démontra qu’à l’aide d’un flash de lumière bleue émis par fibre optique, les neurones modifiés généraient instantanément des potentiels d’action. Les signaux électriques qui servent aux cellules nerveuses à communiquer entre elles se déclenchaient sur commande, à la milliseconde près, alors que les neurones voisins ne réagissaient pas au stimulus. Les expériences in vivo sur des souris vivantes suivirent dans les années suivantes, confirmant que la technique fonctionnait dans un cerveau en pleine activité. L’« interrupteur neuronal » imaginé par Crick en 1979 était né, et l’optogénétique avec lui.
L’alliance de deux sciences pour mieux comprendre l’esprit humain
Si le comité Nobel a mis plus de vingt ans à reconnaître l’optogénétique, c’est vraisemblablement parce que ses retombées cliniques sur l’être humain se sont fait attendre. Elle avait déjà reçu le Brain Prize en 2013, une distinction partagée entre six chercheurs, dont les trois lauréats actuels, aux côtés d’Edward Boyden (MIT), Gero Miesenböck (Oxford) et Ernst Bamberg (Institut Max-Planck de biophysique de Francfort). La question de la sélection des lauréats a sans doute pesé également, puisque la règle du Nobel n’autorise que trois récipiendaires.
En effet, ce n’est qu’au cours des dernières années que les premiers essais chez l’humain ont vu le jour, notamment dans le traitement de la rétinite pigmentaire (RP), une forme héréditaire de cécité. La société parisienne GenSight Biologics, notamment, a réussi à injecter des protéines photosensibles dans la rétine d’un patient, en l’équipant de lunettes émettrices de lumière pour restaurer partiellement sa vision. Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans la revue Nature Medicine en 2021, et constituent la toute première application clinique réussie de l’optogénétique chez un être humain.
Outre ce succès inaugural, l’optogénétique a déjà permis d’identifier les circuits neuronaux dysfonctionnels impliqués dans la dépression, la maladie de Parkinson, la schizophrénie, la maladie d’Alzheimer et les mécanismes inhérents à l’addiction. Des pathologies dont on sait désormais qu’elles partagent en grande partie les mêmes racines génétiques, ce qui rend d’autant plus indispensable un outil thérapeutique capable de distinguer, cellule par cellule, ce qui relève de la cause et ce qui relève de la conséquence. C’est d’ailleurs ce qu’envisage Deisseroth pour la suite : « Une fois que l’on connaît les cellules qui comptent réellement pour un symptôme donné, on peut concevoir des médicaments ou d’autres méthodes qui les ciblent précisément ». Per Svenningsson, président du Comité Nobel de physiologie ou médecine, abonde : « L’optogénétique offre des possibilités de cartographie du cerveau dont on ne pouvait autrefois que rêver ». Ses futures applications cliniques, qui seront sans aucun doute très nombreuses, ne se feront pas connaître avant encore de longues années, mais le saut conceptuel imaginé par Crick il y a quasiment un demi-siècle appartient désormais au passé. Deisseroth, Hegemann et Nagel ont accompli le plus dur : ériger la passerelle qui manquait entre la génétique et les neurosciences.
- Trois chercheurs, Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel, ont reçu le Prix Nobel de médecine 2026 pour leur invention de l’optogénétique, permettant de contrôler des neurones avec de la lumière.
- Cette avancée, qui a mis 47 ans à se concrétiser, transforme le système nerveux en une sorte de ‘télécommande’ pour étudier le cerveau de manière ciblée.
- L’optogénétique ouvre des perspectives prometteuses pour des traitements de maladies neurologiques et psychiatriques en identifiant les circuits neuronaux impliqués.
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