Yoon Seok Kim, dans l'orbite de trois prix Nobel

«Pour beaucoup de chercheurs, les prix Nobel sont comme les Oscars. Lundi, je regardais l’annonce en live stream. Quand le nom de Karl est tombé pour le Prix de physiologie ou médecine, j’ai carrément crié de joie!»

Quelques jours après la nouvelle, dans son laboratoire de l’EPFL, Yoon Seok Kim la savoure encore. Car Karl Deisseroth, psychiatre et neuroscientifique à Stanford, qui partage le prix Nobel avec Peter Hegemann (Université Humboldt de Berlin) et Georg Nagel (Université de Wurtzbourg), a joué un rôle unique dans sa vie: le chercheur américain a dirigé sa thèse avant de devenir son mentor, au fil de neuf ans de collaboration intense en Californie. «Karl figurait depuis longtemps parmi les favoris, estime le professeur assistant à la Faculté des sciences de la vie. Je savais que ce n’était qu’une question de temps, mais je ne pensais pas que ce serait cette année. C’était une superbe surprise!»

Sitôt l’annonce faite, il a envoyé ses félicitations à Karl Deisseroth, ainsi qu’à Michelle Monje, neuro-oncologue à Stanford, qui a encadré son postdoctorat, et qui n’est autre que l’épouse du nouveau lauréat.

Une vraie révolution

Le prix Nobel 2026 récompense la découverte des canaux ioniques activés par la lumière et la naissance de l’optogénétique. Une technique que Yoon Seok Kim a lui-même contribué à faire avancer, et qui a bouleversé les neurosciences. «Ces canaux ont d’abord été découverts chez des algues unicellulaires, explique-t-il. Les plantes réagissent à la lumière, c’est leur nature, mais on ignorait comment. Peter [Hegemann] et Georg [Nagel] se sont penchés sur ces algues et ont trouvé une protéine vraiment intéressante, la channelrhodopsine, qui convertit l’énergie lumineuse en électricité. Ils ont joué un grand rôle dans la découverte. Karl, lui, l’a appliquée aux neurones.»

C’est le principe de l’optogénétique: en introduisant le gène de cette protéine d’algue dans des neurones choisis, on peut les activer d’un simple flash de lumière. Pour la première fois, les scientifiques pouvaient tester ce que fait réellement un circuit cérébral au lieu de simplement l’observer. «C’est un peu la PCR des neurosciences, résume le chercheur, référence à la technique de copie de l’ADN présente dans tous les labos de biologie. Il suffit de la brancher, et ça marche!»

Mais Karl Deisseroth n’est pas le premier Nobel à avoir croisé sa route. Ni même le deuxième.

L’aventure scientifique de Yoon Seok Kim commence en 2007, lorsqu’il arrive à Stanford comme étudiant en biologie. Après deux ans de service militaire — obligatoire en Corée du Sud — il revient en Californie et rejoint en juillet 2013 le laboratoire de Thomas Südhof pour travailler sur la neuroligine, une protéine synaptique liée à l’autisme. Le sujet le touche de près: son frère aîné présente un trouble du spectre autistique (voir le portrait de Yoon Seok Kim). En octobre, Thomas Südhof remporte le prix Nobel de médecine pour ses travaux sur la communication entre neurones.

Dans son laboratoire, l’étudiant s’initie à la biologie moléculaire et trouve sa vocation. «C’est là que j’ai compris que j'aimais la recherche et que je voulais explorer la logique moléculaire du cerveau.»

L’année suivante, il entame son doctorat auprès de Brian Kobilka, prix Nobel de chimie 2012, pour avoir élucidé la structure des récepteurs couplés aux protéines G. Il n’a jamais suivi le moindre cours de biochimie... «Et chez Brian, aucun protocole ne sort d’un kit commercial! Chaque étape est le fruit de trente ans de travail acharné et de mises au point. Savoir purifier une protéine ne garantit pas que la même méthode fonctionnera pour la suivante.» Le défi est quotidien, et les résultats se font d’abord attendre.

Vient alors un coup d’audace. Le doctorant se met en tête de déterminer la structure atomique des channelrhodopsines. Ces protéines sont déjà largement utilisées pour étudier le cerveau, mais une seule structure a jusque-là été élucidée. Il écrit à Karl Deisseroth et à Brian Kobilka pour leur proposer de codiriger sa thèse, et les invite à en parler autour d’un café. «C’est rare qu’un étudiant se lance seul dans un projet aussi risqué, mais l’idée me passionnait tellement que je devais essayer. Épaulé par ces géants, je me sentais capable de relever un défi pareil.»

Malgré un agenda bien rempli — un grand laboratoire, une clinique, quatre jeunes enfants (il en a cinq aujourd’hui) — Karl Deisseroth est le premier à répondre. Autour d’un café, le projet est lancé.

100’000 tentatives

Ce ne sera pas une promenade de santé. Les protéines ne mesurent que quelques nanomètres; pour les observer, il faut en assembler des millions de copies en un cristal, puis les bombarder de rayons X. «On obtient des figures de diffraction, qui sont comme l’ombre des atomes eux-mêmes, explique Yoon Seok Kim. À partir de ces ombres, on peut en déduire la forme.» Les protéines membranaires, enveloppées de lipides, sont particulièrement rétives à la cristallisation. «C’est presque entièrement empirique. Il faut essayer, et voir ce qui se passe.» Alors il essaie: quelque 200 versions modifiées de la protéine, plus de 100 000 tentatives de cristallisation au total.

À Stanford, ses plaques de cristallisation finissent par envahir toute une salle commune. Ses collègues lui demandent de faire le ménage. Avant de s’exécuter, il inspecte les plaques une dernière fois. «Je les ai toutes passées en revue. Et là, un petit cristal est apparu…» Ce retardataire, qui a mis un mois à pousser, va tout changer. Sous les rayons X, il livre la première figure de diffraction nette. À l’été 2017 survient ce que le chercheur appelle «le moment eurêka»: la première structure. Il l’envoie par e-mail à Karl Deisseroth, alors en vacances. «Il m’a rappelé presque immédiatement. Ce moment m’a laissé un souvenir fort.»

Les résultats font l’objet de deux articles publiés coup sur coup dans Nature en 2018, suivis de quatre autres dans Science et Cell, tous avec Yoon Seok Kim comme premier auteur. Pour la première fois, les chercheurs et chercheuses peuvent voir comment les channelrhodopsines captent la lumière et laissent passer les particules chargées. Ce volet des travaux lui revient en grande partie. Lui préfère saluer le rôle de son mentor. «Karl est l’une des personnes les plus brillantes, courageuses et généreuses que j’aie connues. Je lui suis profondément reconnaissant pour tout ce qu’il m’a apporté. Je suis ravi que nous ayons pu découvrir le fonctionnement de ces protéines, et nous en servir pour explorer l’un des plus grands mystères de la biologie: le cerveau.»

Au-delà de la lumière

Aujourd’hui, l’équipe de Karl Deisseroth amène l’optogénétique vers des applications cliniques. Yoon Seok Kim, lui, a traversé l’Atlantique en 2025 pour rejoindre l’EPFL, où il dirige le Laboratoire de neuroingénierie moléculaire et synthétique. L’équipe compte six personnes et en accueillera bientôt deux de plus.

Convaincu des «possibilités illimitées» de l’optogénétique, il regarde désormais au-delà de la lumière. Son laboratoire étudie aussi des protéines qui convertissent des forces mécaniques en signaux électriques, pour comprendre comment les cellules réagissent à leur environnement. Avec des laboratoires de l’EPFL spécialisés dans la conception de protéines, il développe aussi des protéines dotées de nouvelles fonctions. Ses travaux s’étendent aux neurosciences du cancer: comprendre comment les tumeurs cérébrales communiquent avec les neurones, pour un jour enrayer ces échanges.

Lors d’un dernier repas avant son départ de Stanford, Karl Deisseroth a donné à Yoon Seok Kim un conseil: «Fais le travail que tu trouves le plus beau. Le reste viendra tout seul.» Il en a sa propre lecture. «Beaucoup de gens choisissent leur carrière sous la pression de la société ou de leurs pairs. Mais cela passe. On ne peut réussir qu’en travaillant sur ce qui nous rend heureux, sur ce en quoi on croit vraiment.»