Nobel de Medicina reconhece técnica que usa luz para investigar os segredos do cérebro
05 de outubro de 2026 - 19h08
Láurea deste ano destacou o desenvolvimento da optogenética, técnica que permite aos neurocientistas investigar a associação entre redes específicas de neurônios e a formação de memórias, sentimentos e comportamentos.
NOBEL DE MEDICINA: cientistas Karl Deisseroth, Peter Hegemann e Georg Nagel (Nobel Prize/Reprodução)
O Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2026 foi outorgado ao norte-americano Karl Deisseroth e aos alemães Peter Hegemann e Georg Nagel “por suas descobertas sobre canais iônicos controlados por luz e a optogenética”. Seus estudos expandiram a compreensão sobre como as células do sistema nervoso armazenam memórias, sentimentos e comportamentos no cérebro.
Peter Hegemann e Georg Nagel descobriram a canalrodopsina, uma proteína fotossensível encontrada em algas unicelulares. Já Karl Deisseroth transformou essa proteína em um interruptor controlado pela luz para as células nervosas, lançando, assim, as bases para um novo método científico: a optogenética.
Entender como o cérebro, um órgão de 1,3 kg, é capaz de gerar fenômenos tão complexos como memória, sonhos, emoções e sentimentos tem sido um dos grandes desafios de pesquisadores ao redor do mundo. Por volta do século 20, foi possível identificar quais regiões do cérebro governam as diferentes funções fisiológicas.
Apesar desse avanço importante, as técnicas disponíveis à época não permitiam estabelecer correlações entre tipos específicos de células nervosas e sensações e comportamentos específicos. Isso mudou com o desenvolvimento da optogenética, cuja capacidade de ativar e desativar células específicas no cérebro abriu as portas para estudos detalhados da função dos diversos tipos de neurônios.
“A optogenética oferece oportunidades para mapear o cérebro de uma forma que antes só podíamos sonhar”, afirmou Per Svenningsson, presidente do Comitê do Nobel de Fisiologia ou Medicina, durante o anúncio. O trio de laureados irá dividir o prêmio de 12 milhões de coroas suecas, o equivalente a, aproximadamente, R$ 6,3 milhões.
“Antes do desenvolvimento dessa tecnologia, a investigação de circuitos cerebrais dependia do uso de estimulação elétrica ou intervenções farmacológicas”, explica Rafael Carvalho Almada, pesquisador da Faculdade de Ciências e Letras da Unesp, câmpus de Assis. “Embora sejam ferramentas bem estabelecidas, elas atuam com menor precisão temporal e espacial. A optogenética alterou esse paradigma ao permitir ‘ligar’ ou ‘desligar’ populações neuronais específicas em milissegundos usando apenas luz”, completa o docente, que também coordena o Laboratório de Neurobiologia e Neurobiotecnologia.
Uma resposta rápida à luz
A ideia de desenvolver um método capaz de “ligar e desligar” determinadas células do sistema nervoso surgiu, inicialmente, como uma hipótese formulada por Francis Crick, laureado com o Nobel de 1962 pela descoberta da dupla hélice do DNA.
Sabendo que os sinais transmitidos entre as células nervosas são extremamente rápidos, Crick imaginou que, para acompanhar fenômenos a tal velocidade**,** seria necessário utilizar luz. O biofísico postulou que, se fosse possível manipular células do sistema nervoso e dotá-las da capacidade de reagir à luz, talvez fosse possível controlar a atividade neural e aprofundar os estudos nesse campo.
À época, tal sugestão soava como ficção científica. Porém, começou a adentrar o reino das possibilidades a partir dos estudos de Hegemann sobre a alga unicelular Chlamydomonas, conhecida por responder rapidamente à luz. Quando essa alga é colocada em uma placa de Petri e agitada, ela se mistura com o líquido, deixando toda a amostra com uma coloração verde suave. Entretanto, se uma fonte de luz é posicionada em um dos lados da placa, a coloração verde se desloca em direção à luz, à medida que as algas microscópicas nadam em sua direção. Isso ocorre porque a Chlamydomonas tem um estigma, um pequeno ponto alaranjado na superfície da célula, que contém retinal, uma molécula capaz de captar a luz.
Crédito: © The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Ill. Mattias Karlén
Em suas investigações, Hegemann descobriu que a resposta da alga era extremamente rápida: um pulso elétrico ocorria apenas um milissegundo após a luz alcançar o estigma. Para efeito de comparação, o olho humano leva, em média, 10 milissegundos para reagir à luz. A velocidade da resposta da Chlamydomonas levou Hegemann a formular uma hipótese: o mecanismo responsável por captar a luz e gerar a resposta elétrica poderia estar concentrado em uma única proteína, capaz tanto de detectar a luz quanto de funcionar como um canal para íons. Na época, porém, não se conhecia nenhum canal iônico que fosse diretamente ativado pela luz.
Buscando proteínas
Para encontrar essa proteína, Hegemann contou com o mapeamento do DNA da Chlamydomonas, que havia sido produzido e disponibilizado por pesquisadores japoneses. Nessa busca, o grupo do laureado encontrou dois genes semelhantes aos que codificavam proteínas capazes de captar luz.
Para descobrir se algum deles poderia ser responsável pela resposta da alga, Hegemann procurou Georg Nagel, pesquisador do Instituto Max Planck de Biofísica, em Frankfurt. Nagel tinha a experiência necessária para testar a função das proteínas produzidas a partir desses genes. Ele introduziu cópias dos dois genes, separadamente, em células de ovos de rã. As células passaram, então, a produzir as proteínas, que se alojaram em suas membranas.
O experimento revelou que a hipótese de Hegemann estava correta. As proteínas eram canais iônicos que se abriam quando expostos à luz. Quando isso acontecia, íons carregados positivamente atravessavam a membrana celular e produziam um sinal elétrico. As proteínas foram chamadas de canalrodopsina-1 e canalrodopsina-2.
A canalrodopsina-2 apresentava uma resposta especialmente rápida. Quando iluminada, abria um canal na membrana da célula de ovo de rã em apenas 0,2 milissegundo. Hegemann e Nagel perceberam que aquela proteína poderia ser usada para produzir impulsos elétricos em células por meio da luz. Em 2003, eles publicaram os resultados de seus experimentos, mostrando que células humanas e de hamster também poderiam se tornar sensíveis à luz quando recebiam o gene responsável pela produção da canalrodopsina-2.
Crédito: © The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Ill. Mattias Karlén
Observando o cérebro
Foi nesse ponto que o trabalho de Karl Deisseroth entrou em cena. Médico e neurocientista da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, Deisseroth buscava compreender melhor o funcionamento do cérebro a partir de questões com as quais havia se defrontado durante sua formação em psiquiatria. Por que pessoas com depressão têm dificuldade em sentir prazer? O que causa as alterações observadas em condições como autismo e esquizofrenia? Para responder a perguntas como essas, ele percebeu que seria necessário estudar as células nervosas em um cérebro vivo.
Ao iniciar seu próprio grupo de pesquisa, Deisseroth procurava uma maneira de provocar impulsos elétricos em neurônios. Quando soube da descoberta da canalrodopsina-2, entrou em contato com Nagel e solicitou o DNA responsável pela produção da proteína. Em seguida, introduziu o gene em células nervosas de ratos cultivadas em laboratório. As células passaram a produzir a canalrodopsina-2 e, quando expostas à luz azul, respondiam imediatamente, gerando um sinal nervoso que podia ser transmitido a outras células.
O resultado, publicado em 2005, transformou a ideia de Crick em uma ferramenta de pesquisa. A partir dali, Deisseroth e outros pesquisadores passaram a desenvolver proteínas capazes de ativar ou inibir células nervosas quando expostas a diferentes comprimentos de onda da luz. Em 2006, esse conjunto de técnicas recebeu o nome de optogenética.
“A técnica combina tecnologia óptica e engenharia genética. Basicamente, nós introduzimos, genes de proteínas fotossensíveis em populações específicas de neurônios. Uma vez expressas na membrana celular, essas proteínas fazem com que os neurônios passem a responder a comprimentos de onda específicos”, explica Almada. Como exemplos de possíveis usos, o pesquisador cita a aplicação de luz azul para ativar um grupo de neurônios e de luz amarela para inibir sua ação, possibilitando observar a resposta do organismo em tempo real.
No ano seguinte, Deisseroth e sua equipe conseguiram utilizar essa técnica no cérebro de camundongos vivos. O gene da canalrodopsina-2 foi introduzido em um tipo específico de célula nervosa do córtex motor, região relacionada ao controle dos movimentos. Uma fibra óptica foi inserida no cérebro dos animais para levar a luz até essas células. Quando iluminados, os neurônios produziam um sinal nervoso que fazia os bigodes dos camundongos se moverem.
Crédito: © The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Ill. Mattias Karlén
Um exemplo marcante ocorreu em 2012, quando Deisseroth, em colaboração com Susumu Tonegawa, utilizou a optogenética para reativar uma memória associada ao medo em camundongos. Os pesquisadores observaram quais células nervosas eram ativadas quando os animais vivenciavam uma situação de medo. Essas células formavam um padrão específico de conexões, chamado engrama, associado àquela memória. Mais tarde, ao iluminar novamente os neurônios que faziam parte desse circuito, os pesquisadores conseguiram provocar nos animais sinais de medo mesmo quando eles não estavam diante de qualquer perigo. O experimento foi o primeiro a demonstrar que células nervosas específicas estavam associadas a uma determinada memória.
Novas janelas de pesquisa
Esse tipo de experimento ajuda a explicar o que torna a optogenética tão importante para a neurociência. O cérebro humano possui cerca de 90 bilhões de células nervosas, e cada uma tem a capacidade de estabelecer milhares de conexões com outras. Além disso, neurônios envolvidos em funções completamente diferentes podem estar muito próximos uns dos outros. Ao permitir que os pesquisadores selecionem determinados grupos de células e controlem sua atividade com luz, a optogenética oferece uma maneira mais precisa de investigar o funcionamento desses circuitos de neurônios.
O uso desta técnica já permitiu a identificação de circuitos associados a inúmeras sensações e comportamentos, incluindo a dor, o comportamento social, a sede, o consumo de alimentos, a sensação de recompensa e a capacidade de prestar atenção. No campo da fisiologia, foi possível estudar células envolvidas em sistemas como o ritmo circadiano e a resposta do organismo à febre. Entre os resultados descritos pelo Comitê do Nobel estão evidências de que alterações no ritmo cardíaco podem influenciar emoções e a identificação de células do intestino relacionadas à preferência por açúcar em vez de adoçantes.
Na Unesp, o foco do Laboratório de Neurobiologia e Neurobiotecnologia está no estudo das emoções, como ansiedade, medo e pânico. Almada comenta que, por meio da técnica, o grupo consegue isolar circuitos específicos que conectam estruturas encefálicas, como o córtex pré-frontal, a amígdala, o hipocampo e o hipotálamo, possibilitando uma compreensão mais aprofundada das bases neurais subjacentes ao comportamento e às emoções.
Além de ajudar a compreender o funcionamento do sistema nervoso, a técnica abre perspectivas para tratamentos médicos. Os conhecimentos produzidos pela optogenética já contribuíram para ampliar a compreensão de transtornos neurológicos e psiquiátricos, como depressão, ansiedade, esquizofrenia, Alzheimer e Parkinson.
“Para mim, o grande destaque desse reconhecimento está na interdisciplinaridade e na pesquisa básica”, afirma Almada. “A optogenética pavimenta o caminho para a identificação de novos alvos e o desenvolvimento de futuras abordagens neurofarmacológicas e terapêuticas. Inclusive, a técnica já avançou para a fase clínica em pesquisas que buscam restaurar a visão de pacientes com deficiências visuais graves, como a retinose pigmentar”, destaca o pesquisador.
Nobel de Medicina: vence trio que descobriu como controlar neurônios com luz
Séries Jornal da Unesp
Este artigo faz parte da série Nobel do Jornal Unesp. Conheça a trajetória científica e as pesquisas dos laureados com o prêmio Nobel nas categorias fisiologia ou medicina, física, química, economia, literatura e da paz a partir do ano de 2022.