Bir algin ışığa doğru yüzmesini sağlayan proteinin keşfi, yaklaşık 20 yıl içinde bilim insanlarının beynin belirli hücrelerini ışıkla açıp kapatabilmesine olanak tanıyan bir teknolojiye dönüştü.
2026 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü, "ışıkla kapılanan iyon kanalları ve optogenetik konusundaki keşifleri" nedeniyle üç bilim insanına, Karl Deisseroth, Peter Hegemann ve Georg Nagel'e verildi. Üç araştırmacı 12 milyon İsveç kronluk ödülü eşit paylaşacak.
REKLAM
REKLAM
Bilim insanlarının araştırma alanı son derece ilginç. Bir algin ışığa doğru yüzmesini sağlayan proteinin keşfi, yaklaşık 20 yıl içinde bilim insanlarının beynin belirli hücrelerini ışıkla açıp kapatabilmesine olanak tanıyan bir teknolojiye dönüştü.
Optogenetik nedir?
En basit tanımıyla optogenetik, genetik olarak seçilmiş hücrelerin faaliyetini ışık kullanarak kontrol etme yöntemi. Buradaki "opto" ışık
anlamına gelirken, "genetik" de hücrelerin genetik açıdan değiştirilmesini ifade ediyor.
Bu teknoloji özellikle nöronlarda kullanılıyor. Bir araştırmacı örneğin beynin milyonlarca hücresi arasından yalnızca dopamin üreten belirli nöronları ışığa duyarlı hale getirebiliyor. Daha sonra beyne çok ince bir optik fiber aracılığıyla ışık göndererek bu hücreleri milisaniyeler içinde çalıştırabiliyor veya susturabiliyor.
Bu sayede beyindeki 86 milyar sinir hücresinin işlevleri daha net biçimde ölçülebiliyor. Örneğin, belirli bir sinir devresinin korkuya neden olup olmadığını test etmek bu teknoloji sayesinde mümkün. Bilim insanları ışık aracılığıyla bu devreyi açıp kapatarak korku davranışının nasıl etkilendiğini gözlemleyebilir.
Bununla neler keşfedildi?
Optogenetik bugün binlerce laboratuvarda kullanılıyor. Hatta hafıza, ödül, motivasyon, uyku, korku, hareket, bağımlılık ve sosyal davranış gibi süreçleri oluşturan sinir devrelerinin incelenmesinde temel araçlardan biri haline geldi. Parkinson, depresyon, bağımlılık, ağrı ve başka nörolojik/psikiyatrik bozukluklarla ilişkili devreler de bu yöntemle araştırılıyor.
Örneğin, öldülün kazananlarından Deisseroth'un Stanford Üniversitesi'ndeki ekibi, farelerde belirli dopamin nöronlarını optogenetik yöntemle manipüle ederek depresyon benzeri davranışların bazı bileşenlerini artırıp azaltabildi. Anca bu tür deneylerin değeri doğrudan "depresyonu ışıkla tedavi etmekten" ziyade, hangi sinir devresinin hangi davranışa nedensel katkıda bulunduğunu gösterebilmesinden geliyor.
Optogenetiğin insanlarda tedavi amaçlı kullanımı ise henüz araştırma aşamasında. Nobel Komitesi özellikle görme kaybında yöntemin klinik potansiyelinin araştırıldığına dikkat çekiyor.
Her şey ışığa doğru yüzen alglerle başladı
Hikayenin kökeni, tek hücreli yeşil bir alge dayanıyor: Chlamydomonas reinhardtii.
Bu alg fotosentez yaptığı için uygun ışık koşullarını bulabilmesi doğada büyük avantaj sağlıyor. Chlamydomonas ışığı algılayabiliyor ve kamçılarını kullanarak ışık kaynağına doğru hareket edebiliyor. Peter Hegemann uzun yıllar bunun nasıl gerçekleştiğini araştırdı.
Hegemann'ın çalışmaları algin ışığa verdiği elektriksel tepkinin arkasında "rhodopsin" ailesinden proteinlerin bulunduğunun ortaya çıkmasında rol oynadı. Nobel Komitesi de ödülün başlangıç noktasını özellikle Hegemann'ın Chlamydomonas'ın ışığa doğru nasıl yüzdüğünü anlamaya yönelik araştırmalarına bağlıyor.
Ancak proteinin gerçekten ne yaptığını kanıtlamak gerekiyordu. Burada Georg Nagel devreye girdi.
Nagel, Hegemann ve çalışma arkadaşları algdeki proteinin genini alıp başka hücrelere aktardılar. 2000'lerin başlarında yapılan bu çalışmalarda "kanalrodopsin" denen kilit bir molekülün rolü anlaşıldı.
Kanalrodopsinin özellikle ChR2 adı verilen bir türüne mavi ışık düştüğünde bir kanal açılıyor ve pozitif yüklü iyonların hücreye girmesine izin veriliyordu.
Fakat ortada henüz bugün bildiğimiz anlamda optogenetik yoktu.
Deisseroth'un çalışmaları: 'Bunu nöronlara koyarsak ne olur?'
Daha sonra Stanford Üniversitesi'nden psikiyatrist ve biyomühendis Karl Deisseroth, alg proteininin özelliklerinin nörobilim açısından olağanüstü bir fırsat sunduğunu fark etti.
Deisseroth'un ekibi ChR2 genini bir virüs kullanarak memeli nöronlarına aktardı. 2005'te yayımlanan çalışmada ekip, ChR2 taşıyan memeli nöronlarına ışık tuttuklarında nöronların milisaniye hassasiyetinde aksiyon (sinir sinyali) potansiyeli üretmesini sağladı.
Deisseroth ve çalışma arkadaşları bu yöntemi yaşayan canlılarda kullanabilmek için ışığı beyne nasıl göndereceklerini araştırmaya devam etti. Sonunda genetik hedeflemeyi fiber optik sistemlerle birleştirdiler. Böylece çok ince optik fiberlerden ışık beynin belirli bölgelerine ulaştırılabildi. 2007'ye gelindiğinde sistem yaşayan hayvanlarda kullanılabiliyordu.