Işıkla Sinir Hücrelerini Açıp Kapatan Optogenetiğin Kurucuları Nobel Ödülüne Layık Görüldü

Bu yılın Fizyoloji veya Tıp alanındaki Nobel ödülü, optogenetik adı verilen ve beynin sinir hücreleri ile davranışlar, duygular hatta anılar arasındaki bağlantıları ışıyla aydınlatan devrimci yöntemin temellerini atan üç bilim insanına gitti. Stanford Üniversitesi’nden neurobilimci Karl Deisseroth, Berlin Humboldt Üniversitesi’nden biyofizikçi Peter Hegemann ve Würzburg Üniversitesi’nden biyofizikçi Georg Nagel’in kazandığı ödüller 5 Ekim’de açıklandı.

Nobel Komitesi’nin açıklamalarına göre üçlü, neredeyse 90 milyar çeşitli sinir hücresinden oluşan bir organın, algı, anı, tahmin ve karar verme gibi karmaşık işlevleri tek bir amaçlı davranışa nasıl dönüştürdüğü sorusuna yanıt verebilmek için geliştirdikleri aracı ödüllendirdi. Bu araç, belirli sinir hücrelerini açıp kapatan türden bir nöron anahtarı görevi görüyor.

Beyni Okuyan Işık Anahtarı

“Neredeyse 90 milyar, son derece çeşitli ve geniş devrelerle birbirine bağlanmış sinir hücresinden oluşan bir organ; algı, anı, tahmin ve karar verme gibi bu karmaşık etkileşimi tek bir amaçlı davranışa nasıl dönüştürüyor? Bu soruya yanıt verebilmek için nedensellik ilişkisini kurmak gerekir.”

Swedish Karolinska Enstitüsü’nden Nobel Komitesi üyesi ve neurobilimci Abdel El Manira

Bu aracı geliştiren Deisseroth, Hegemann ve Nagel’in çalışmaları, tam da bu nedensellik ilişkisini kurmaya yarayan nöron anahtarının inşasına katkı sağladı.

Olayın Kökeni: Yeşil Algden Beyne

Gelişme onlarca yıl öncesine dayanıyor. 2000’lerin başında Hegemann ve Nagel, Chlamydomonas reinhardtii adlı bir yeşal türünde channelrhodopsin (kanalrodopsin) adı verilen bir protein keşfetti. Tek hücreli bu organizmalar ışığa tepki verip ona doğru yüzebiliyordu ve yeni bulunan protein işte buradaki anahtardı. Mavi ışıkla buluştuklarında hücre yüzeyinde konumlanan channelrhodopsin açılıyor ve yüklü iyonların hücreye akmasına olanak tanıyarak bir elektriksel uyarı oluşturuyordu.

Bu proteini diğer canlıların hücrelerine eklemek onları da ışığa duyarlı kıldı. İkili, channelrhodopsin geni embriyonik insan böbreği ve hamster böbreği hücrelerine yerleştirerek bu türlerin hücrelerine benzersiz bir özellik kazandırdı.

Bu sıralarda Stanford’da kendi laboratuvarını kuran Deisseroth, belirli sinir hücrelerinde elektriksel uyarıyı tetiklemenin yolunu arıyordu. Sinir hücrelerinin birbirine mesaj iletmelerini sağlayan bu sinyalleri yakalamaya çalışan Deisseroth, Hegemann ve Nagel’in çalışmalarından haberdar oldu ve channelrhodopsini kodlayan DNA‘ya erişim istedi. Elde ettiği genleri bir petri kabındaki fare sinir hücrelerine yerleştirdiğinde hücreler mavi ışığa tepki vermeye başladı.

Çeşitli olası yöntemleri inceleyen Deisseroth için bu yol öne çıktı. “En yüksek risk içeren yaklaşım buydu ama en iyi çalışan yöntem olarak ortaya çıktı ve bu değerli bir ders oldu,” Deisseroth açıklamasında söyledi. “Gelişmede atılan ek adımlar çoktu, her biri kritikti. Tüm bir teknolojiye dönüştürmek yıllar aldı.”

Canlı Hayvanlarda Sinir Hücrelerini Harekete Geçirmek

Deisseroth ve ekibi kısa sürede bu değiştirilen beyin hücrelerini canlı hayvanlarda uyarmanın yolunu buldu. Işığı ulaştırmak için son derece ince, esnek bir optik lif kullandılar ve tekniği kullanarak yaşayan farelerin bıyıklarını bile hareket ettirdiler. Bugün, diğer dalga boylarına duyarlı channelrhodopsin proteinlerinin keşfi sayesinde araştırmacılar optogenetik için birkaç farklı ışık rengini kullanabiliyor.

<