Pr. Dhia Bouktila – L’optogénétique: quand la lumière ouvre de nouvelles voies en santé et en agriculture
Par Pr. Dhia Bouktila. Professeur de Génétique à l’Université de Monastir – Récompensée par le prix Nobel de physiologie ou médecine 2026, l’optogénétique permet de moduler l’activité de cellules grâce à la lumière.
D’abord déterminante pour l’étude des circuits cérébraux, elle ouvre des perspectives en recherche médicale et fournit également des outils pour explorer les mécanismes cellulaires des plantes et des micro-organismes.
Entre avancées déjà établies et applications encore expérimentales, cette technologie illustre la manière dont une découverte fondamentale peut renouveler la recherche en santé, en agriculture et en biotechnologie.
Un Nobel pour une découverte inattendue
Le 5 octobre 2026, le prix Nobel de physiologie ou médecine a été attribué à Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel pour leurs découvertes concernant les canaux ioniques activés par la lumière et le développement de l’optogénétique[1, 2].
Cette distinction récompense des travaux qui ont transformé les possibilités d’étude du cerveau en donnant aux chercheurs un moyen inédit de contrôler l’activité de cellules nerveuses ciblées.
L’histoire est remarquable par son point de départ: une algue microscopique, bien éloignée des neurosciences.
Elle illustre comment l’étude d’un mécanisme biologique peut conduire à un outil scientifique dont les applications dépassent largement le domaine dans lequel il a été découvert.
De l’algue au cerveau: les principes de l’optogénétique
Tout commence avec Chlamydomonas, nune algue verte unicellulaire capable de détecter la lumière et d’adapter ses déplacements à sa présence.
Pour comprendre ce phénomène, des chercheurs ont étudié les protéines qui permettent à cet organisme de convertir un signal lumineux en réponse cellulaire.
Peter Hegemann et Georg Nagel ont contribué à caractériser les channelrhodopsines, des protéines sensibles à la lumière qui forment des canaux dans la membrane cellulaire.
Lorsqu’elles sont exposées à une lumière de longueur d’onde appropriée, ces canaux s’ouvrent et permettent le passage d’ions.
Ce mouvement modifie les propriétés électriques de la cellule [1, 2].
Une idée décisive a ensuite permis de changer d’échelle: si l’on introduit le gène codant une channelrhodopsine dans un neurone, celui-ci peut devenir sensible à la lumière.
En éclairant ce neurone, il devient alors possible de modifier son activité électrique.
D’autres outils optogénétiques permettent d’inhiber l’activité de cellules ciblées.
C’est le principe de l’optogénétique, une approche qui associe génétique et optique.
Elle repose sur trois étapes: rendre certaines cellules sensibles à la lumière, les éclairer de manière contrôlée, puis observer les conséquences de cette stimulation ou de cette inhibition.
Karl Deisseroth et ses collaborateurs ont joué un rôle majeur dans l’adaptation de ces outils aux neurosciences, notamment en démontrant qu’ils pouvaient être
utilisés pour contrôler l’activité de neurones.
L’optogénétique est ainsi devenue une méthode de référence pour étudier les circuits cérébraux avec une précision temporelle et cellulaire jusque-là difficile à atteindre.
Figure 1. De l’algue au cerveau: le principe de l’optogénétique
Du cerveau observé au cerveau expérimental
Le cerveau est constitué de réseaux complexes de neurones qui communiquent par des signaux électriques et chimiques.
Comprendre comment ces réseaux produisent une sensation, un souvenir, une émotion ou un comportement représente un défi scientifique considérable.
Les méthodes d’observation permettent de repérer les régions cérébrales ou les populations de neurones actives pendant une tâche.
Mais une activité observée ne prouve pas, à elle seule, que cette activité est nécessaire à la production du comportement étudié.
L’optogénétique permet d’aller plus loin. En activant ou en inhibant expérimentalement certains neurones, les chercheurs peuvent examiner si cette intervention modifie une fonction ou un comportement.
Elle aide ainsi à étudier les relations de cause à effet entre l’activité de circuits neuronaux et leurs conséquences.
Cette capacité a profondément enrichi la recherche sur la mémoire, le sommeil, les émotions, la motivation et les mécanismes de nombreuses maladies neurologiques.
Elle ne livre pas, à elle seule, les secrets du cerveau, mais elle fournit un instrument puissant pour tester des hypothèses sur son fonctionnement[2, 3].
Santé mentale: de la compréhension des mécanismes aux pistes thérapeutiques
L’intérêt de l’optogénétique concerne aussi la santé mentale.
Des équipes l’utilisent notamment dans des modèles animaux pour explorer les circuits neuronaux associés à la dépression, à l’anxiété, à la peur ou aux comportements addictifs.
Ces travaux contribuent à mieux comprendre les mécanismes biologiques impliqués et peuvent aider à identifier de nouvelles pistes pour la recherche thérapeutique[3].
Il faut cependant distinguer la compréhension expérimentale d’un trouble et la mise au point d’un traitement.
La dépression et les autres troubles psychiatriques résultent d’interactions complexes entre facteurs biologiques, psychologiques et environnementaux.
Un résultat obtenu chez l’animal ne se transpose pas automatiquement à l’être humain.
À ce jour, l’optogénétique demeure principalement un outil de recherche en neurosciences.
Son application thérapeutique directe aux troubles psychiatriques reste expérimentale et se heurte à certains obstacles: la délivrance de la lumière aux circuits cérébraux visés, notamment en profondeur, ainsi que la maîtrise des risques liés aux interventions et des effets à long terme.
À ces contraintes techniques et biologiques s’ajoute la complexité des réseaux neuronaux impliqués dans les troubles psychiatriques, qui rend difficile le passage de la modulation expérimentale de l’activité cérébrale à un traitement sûr et efficace.
Vision: une preuve de concept clinique
Une application clinique a apporté une première preuve de concept en 2021, dans le traitement expérimental de la rétinopathie pigmentaire, une maladie dégénérative qui entraîne la perte progressive des photorécepteurs de la rétine.
Chez un patient atteint d’une forme avancée de la maladie, des chercheurs ont introduit le gène d’une protéine photosensible dans des cellules rétiniennes encore présentes, puis utilisé des lunettes spécialement conçues pour projeter des signaux lumineux sur ces cellules.
Le patient a ainsi pu percevoir et localiser certains objets, avec une récupération partielle de fonctions visuelles [4].
Une étude clinique publiée en octobre 2026 dans le New England Journal of Medicine a prolongé cette piste.
Portant sur dix participants atteints de rétinite pigmentaire avancée, elle visait principalement à évaluer la sécurité de l’approche.
Une augmentation de la sensibilité à la lumière a été observée chez sept participants, dont six ont atteint le seuil d’amélioration clinique retenu par les chercheurs.
Des événements indésirables oculaires ont toutefois été rapportés, ce qui souligne la nécessité de poursuivre l’évaluation de cette approche [5].
Cette approche illustre néanmoins une possibilité importante: lorsque les cellules normalement chargées de détecter la lumière ont disparu, il peut être envisageable de conférer une sensibilité lumineuse à d’autres cellules rétiniennes afin de rétablir une partie du traitement visuel.
La portée de cette stratégie devra encore être précisée par des études plus larges et un suivi prolongé.
Optogénétique végétale: explorer les réponses des plantes
Chez les plantes, la recherche explore des outils permettant de contrôler, par la lumière, certains processus cellulaires, voies de signalisation et mécanismes d’expression des gènes.
En subordonnant leur activation à un signal lumineux précis, ces approches offrent de nouvelles possibilités pour étudier le rôle de mécanismes biologiques dans la croissance, le développement et les réponses aux stress environnementaux [6, 7].
L’application de ces approches aux plantes présente toutefois une difficulté particulière: la lumière est à la fois un signal expérimental et un facteur naturel essentiel de la photosynthèse, du développement et de la régulation physiologique.
Les dispositifs doivent donc être conçus pour distinguer le signal utilisé par le chercheur des réponses naturelles de la plante à l’éclairage.
Ces travaux ouvrent des perspectives pour mieux comprendre les mécanismes d’adaptation des plantes, notamment leurs réponses aux stress environnementaux, et identifier de nouvelles pistes pour l’amélioration végétale.
Ces applications restent toutefois à un stade préliminaire: leur transposition aux cultures agricoles et leur utilisation dans des conditions de production réelles nécessiteront encore des développements techniques et des validations expérimentales [6, 7].
Biotechnologies: piloter les processus cellulaires par la lumière
En biotechnologie, les outils optogénétiques sont également développés pour contrôler des fonctions cellulaires à l’aide de signaux lumineux.
Dans des micro-organismes, des systèmes photosensibles peuvent notamment réguler l’expression de certains gènes, moduler des voies métaboliques ou déclencher la production de molécules d’intérêt [8].
L’un des avantages de ces dispositifs réside dans la possibilité de contrôler le moment, la durée et parfois l’intensité d’une réponse biologique, sans dépendre exclusivement de l’ajout de substances chimiques dans le milieu de culture.
Ils peuvent ainsi faciliter l’étude des réseaux métaboliques et contribuer à l’optimisation de certains procédés de bioproduction.
Ces stratégies constituent déjà un domaine actif de la biologie synthétique et de l’ingénierie microbienne.
Leur efficacité dépend toutefois du système biologique utilisé et de la pénétration de la lumière dans les cultures.
Leur intérêt industriel doit donc être évalué au cas par cas, en fonction des performances et des contraintes du procédé.
Figure 2. L’optogénétique : une technologie, de multiples applications
Deux outils, deux façons d’intervenir sur le vivant
Il est utile de rapprocher cette histoire de l’optogénétique de celle de CRISPR-Cas9, devenu un outil majeur de modification ciblée de l’ADN.
Les deux approches illustrent la manière dont des connaissances fondamentales peuvent conduire à des outils largement réutilisables.
Elles ne fonctionnent toutefois pas de la même manière: CRISPR-Cas9 permet de modifier une séquence génétique, tandis que l’optogénétique sert principalement à contrôler une activité biologique grâce à la lumière.
Une découverte qui élargit les possibilités de la science
L’optogénétique est bien plus qu’une technique permettant d’allumer ou d’éteindre des neurones.
Elle a modifié la manière dont les chercheurs peuvent étudier le vivant: au lieu de se limiter à observer certains phénomènes, ils peuvent intervenir de façon ciblée pour mieux comprendre les mécanismes qui les produisent.
Son histoire rappelle également que la valeur d’une découverte ne se mesure pas uniquement à ses applications immédiates.
Les travaux sur une algue unicellulaire n’avaient pas pour objectif initial de fournir un nouvel outil pour les neurosciences.
Pourtant, la caractérisation de protéines sensibles à la lumière a contribué à ouvrir un champ de recherche entier.
Les applications médicales, agronomiques ou biotechnologiques ne sont ni toutes au même stade ni garanties d’aboutir.
Mais les perspectives qu’elles dessinent montrent l’importance de maintenir un dialogue entre disciplines et de préserver la recherche fondamentale, y compris lorsque ses retombées restent difficiles à prévoir.
Parfois, une découverte ne change pas immédiatement notre manière de soigner ou de produire.
Elle change d’abord notre manière de poser les questions : et c’est ainsi qu’elle peut ouvrir des voies nouvelles.
Dhia Bouktila
Professeur de génétique à l’Université de Monastir
Spécialiste de la génomique agricole et environnementale, des enjeux de souveraineté biologique et de la gouvernance des savoirs scientifiques.
Références
1. Nobel Prize. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026 – Press release, 5 octobre 2026. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/press-release/
2. Inserm. « Prix Nobel de médecine 2026 : lumière sur l’optogénétique », 5 octobre 2026. https://presse.inserm.fr/cest-dans-lair/prix-nobel-medecine-optogenetique/
3. Lüscher, C., Emiliani, V., Farahany, N., et al. (2025). Roadmap for direct and indirect translation of optogenetics into discoveries and therapies for humans. Nature Neuroscience, 28(12), 2415–2431. https://doi.org/10.1038/s41593-025-02097-9
4. Sahel, J.-A., Boulanger-Scemama, E., Pagot, C., et al. (2021). Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy. Nature Medicine, 27, 1223–1229.
https://doi.org/10.1038/s41591-021-01351-4
5. Sahel, J.-A., Futterknecht, S., Audo, I., et al. (2026). Optogenetic Therapy for Restoring Aspects of Visual Function. New England Journal of Medicine, 395, 1399–1408. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2602215
6. Konrad, K. R., Gao, S., Zurbriggen, M. D., & Nagel, G. (2023). Optogenetic methods in plant biology. Annual Review of Plant Biology, 74, 313–339. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-071122-094840
7. Shikata, H. & Denninger, P. (2022). “Plant optogenetics: Applications and perspectives.” Current Opinion in Plant Biology, 68, 102256. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2022.102256
8. Chia, N., Lee, S. Y., & Tong, Y. (2022). Optogenetic tools for microbial synthetic biology. Biotechnology Advances, 59, 107953. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2022.107953
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