Por Fernando Lucchi (fernandolucchi@usp.br) e Renata Paes (renatapaes777@usp.br)
Em 5 de outubro de 2026, os alemães Peter Hagemann e Georg Nagel, ao lado do estadunidense Karl Deisseroth receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina como reconhecimento pela descoberta da optogenética, técnica que faz uso da luz para estudar a atividade de células nervosas. Em seu trabalho, o trio abriu novas possibilidades para a neurociência ao permitir o controle da atividade dos neurônios em um cérebro vivo e ampliar a compreensão dos mecanismos cerebrais envolvidos na formação de memórias, emoções e comportamentos.
Antes da descoberta da optogenética, um dos desafios dos neurocientistas era estimular neurônios específicos sem afetar as células ao redor. Métodos como a estimulação elétrica podiam atingir vários neurônios ao mesmo tempo, o que dificultava entender a função de cada um. A optogenética combina engenharia genética e luz para superar esse problema. A técnica permite introduzir genes que levam as células a produzir proteínas sensíveis à luz, originalmente identificadas em algas. Essas proteínas funcionam como “interruptores moleculares”, que permitem ativar ou inibir neurônios específicos por meio de pulsos luminosos.
Como a optogenética funciona?
O funcionamento da optogenética começa com a modificação genética de células específicas. Com o auxílio de vetores virais, os cientistas introduzem genes que codificam proteínas fotossensíveis chamadas opsinas, responsáveis por responder à luz. Em seguida, um feixe luminoso de comprimento de onda específico é direcionado à região de interesse. A luz ativa essas proteínas, que podem alterar o fluxo de íons pela membrana celular e, consequentemente, estimular ou inibir a atividade dos neurônios.
O desenvolvimento da optogenética teve como base pesquisas realizadas nos anos 1990 pelos biofísicos Peter Hegemann e Georg Nagel. Ao estudar a alga unicelular Chlamydomonas, os pesquisadores investigaram proteínas sensíveis à luz, entre elas as canalrodopsinas, que se tornaram fundamentais para a técnica. Anos depois, o neurocientista e psiquiatra Karl Deisseroth desenvolveu métodos para introduzir os genes dessas proteínas em neurônios. Em 2005, seu grupo demonstrou que era possível controlar a atividade de células nervosas com pulsos de luz azul, um marco para a aplicação da optogenética na neurociência.
Cleiton Lopes Aguiar, professor do Departamento de Biologia da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, explica como a descoberta dessas proteínas permitiu o desenvolvimento da técnica. Em entrevista ao Laboratório, Aguiar explicou que a alga utilizada no estudo nada na direção da luz para fazer fotossíntese. Os pesquisadores então descobriram que esse fototropismo — movimento de curvatura ou crescimento orientado de um organismo em resposta a um estímulo luminoso — estava relacionado a uma proteína sensível à luz. Eles isolaram essa opsina da Chlamydomonas e identificaram o gene responsável por sua produção, que depois foi introduzido em outras células. Assim, quando a luz incide, a proteína muda de conformação e abre canais iônicos, como poros que permitem a entrada de íons, como o sódio.
A passagem de íons pela membrana altera o potencial elétrico do neurônio e pode favorecer ou impedir a transmissão de impulsos nervosos, conforme o tipo de opsina utilizada. Ao controlar essa atividade com pulsos luminosos, os pesquisadores podem observar mudanças nos circuitos cerebrais e no comportamento dos animais. Dessa forma, a optogenética permite investigar se a atividade de grupos específicos de neurônios contribui diretamente para determinadas funções cerebrais.
Revolução no campo da ciência
Rafael Naime Ruggiero, doutor em Neurociências pela Universidade de São Paulo, campus de Ribeirão Preto (USP-RP), destaca dois avanços científicos proporcionados pela optogenética. O primeiro é a precisão temporal, técnica permite ativar ou inibir a atividade de neurônios em intervalos de milissegundos. O segundo é a especificidade celular, que possibilita controlar determinados tipos de neurônios sem afetar necessariamente os demais. “Existem vários tipos de células neuronais no cérebro. Com a optogenética, as proteínas podem ser expressas somente em alguns subtipos de neurônios”, explica o especialista.
Para o neurocientista, essas características permitem enfrentar um desafio central da neurociência: distinguir correlação de causalidade. O fato de um grupo de neurônios apresentar respostas durante determinado comportamento não significa, necessariamente, que essas células sejam responsáveis por ele. Essa reação pode ser uma consequência do comportamento ou estar associada a outro processo. Com a precisão temporal e espacial da optogenética, os pesquisadores podem ativar ou inibir grupos específicos de neurônios e observar os efeitos dessas intervenções. Assim, conseguem investigar se essas células contribuem diretamente para o comportamento estudado.
Principais aplicações e desafios
As principais aplicações da optogenética estão na pesquisa em neurociência. Ao permitir o controle de neurônios em intervalos de milissegundos, a técnica ajuda a identificar os circuitos cerebrais envolvidos em processos como a formação de memórias, as emoções e as sensações. Além disso, contribui para investigar os mecanismos neurais associados a condições como epilepsia, doença de Parkinson e depressão, principalmente em modelos experimentais. Na visão de Ruggiero, o aumento do conhecimento proporcionado pela técnica auxilia no aperfeiçoamento de tratamentos relacionados ao cérebro humano.
Além de contribuir para a compreensão de doenças neurológicas e psiquiátricas, a optogenética também apresenta potencial para o desenvolvimento de tratamentos. Em um estudo publicado na revista Nature, em 2010, pesquisadores utilizaram a técnica para estimular uma via neural específica em camundongos com alterações motoras semelhantes às observadas na doença de Parkinson. A intervenção reduziu a lentidão dos movimentos e os episódios de imobilidade, o que demonstrou o potencial da manipulação de circuitos cerebrais para amenizar sintomas motores. Os resultados, entretanto, ainda se restringem a experimentos e são considerados insuficientes para que tratamentos efetivos em humanos sejam feitos, revela Rafael.
O pesquisador também destacou os desafios para aplicar a optogenética em humanos. Um dos principais é conseguir introduzir os genes responsáveis pela produção de proteínas sensíveis à luz nas células cerebrais certas. Por enquanto, a técnica é utilizada principalmente em animais, e sua aplicação em seres humanos ainda exige avanços científicos e tecnológicos, já que ainda não se sabe quais são as consequências a longo prazo dessa modificação genética para a expressão de proteínas.
Outro obstáculo está na entrega da luz aos neurônios que os pesquisadores desejam estimular. Segundo o especialista, a luz tem dificuldade para atravessar o tecido cerebral, o que limita seu alcance às regiões mais profundas do órgão. Por isso, em modelos animais, os cientistas utilizam fibras ópticas implantadas no cérebro para conduzir a luz diretamente até as áreas estudadas. Embora esse método permita controlar a atividade de neurônios em regiões específicas, exige um procedimento invasivo, que envolve a introdução de dispositivos no tecido cerebral. Em seres humanos, esse tipo de intervenção apresenta riscos, o que dificulta a aplicação clínica da optogenética e reforça a necessidade de desenvolver métodos de estimulação menos invasivos.
O prêmio e os laureados
A cerimônia oficial de premiação do Prêmio Nobel de 2026 aconteceu em 10 de dezembro de 2026 em Estocolmo, na Suécia, e em Oslo, na Noruega, locais definidos em 1895 no testamento de Alfred Nobel — criador do prêmio — para a concessão e entrega, respectivamente. Os vencedores receberão 12 milhões de coroas suecas (cerca de US$ 1,2 milhão) por categoria, valor dividido quando há mais de um laureado, como neste caso.
Peter Hegemann, nascido em 1954, obteve o doutorado em 1984 no Instituto Max Planck de Bioquímica, em Martinsried, Alemanha. É professor de Biofísica Experimental na Universidade Humboldt de Berlim e titular da cátedra sênior de pesquisa Hertie em Neurociência.
Karl Deisseroth, nascido em 1971, obteve o doutorado em Neurociência, em 1998, e o diploma de Medicina, em 2000, ambos pela Universidade Stanford, nos Estados Unidos. É professor de Bioengenharia e de Psiquiatria e Ciências do Comportamento na Universidade Stanford e pesquisador do Howard Hughes Medical Institute.
Georg Nagel, nascido em 1953, concluiu o doutorado em 1988 na Universidade Goethe de Frankfurt, Alemanha. Foi professor de Fisiologia Molecular de Plantas na Universidade de Würzburg, onde também atuou no Instituto Julius von Sachs de Biociências. Após sua aposentadoria do cargo de professor, continuou como professor sênior no Instituto de Fisiologia da universidade até junho de 2026.