گروه علمی و فناوری برنا/ کمیته نوبل پزشکی امسال کارل دایسروث، پیتر هگمان و گئورگ ناگل را به دلیل کشفیاتشان درباره کانال‌های یونی کنترل‌شونده با نور و نقش آنها در شکل‌گیری روش اپتوژنتیک به عنوان برندگان جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی معرفی کرد.
هگمان و ناگل در اوایل دهه ۲۰۰۰ پروتئین چنلرودوپسین (Channelrhodopsin) را در یک جلبک تک‌سلولی کشف کردند، پروتئینی که ویژگی منحصربه‌فردی دارد و می‌تواند سلول‌ها را نسبت به نور حساس کند.
پس از این کشف دایسروث ژن چنلرودوپسین را به سلول‌های عصبی موش‌های صحرایی وارد کرد و با تاباندن نور آبی به این سلول‌ها توانست یک سیگنال عصبی ایجاد کند. او سپس این کلید نوری برای کنترل سلول‌های عصبی را در مغز موش‌های زنده به کار گرفت.
این روش کنترل سیگنال‌های عصبی با استفاده از نور که امروزه اپتوژنتیک نامیده می‌شود به سرعت به یکی از ابزار‌های مهم علوم اعصاب تبدیل شد و امکان بررسی دقیق‌تر ارتباط میان فعالیت سلول‌های عصبی و عملکرد‌های پیچیده مغز را فراهم کرد.
به گزارش نوبل پرایز اپتوژنتیک روشی است که به پژوهشگران امکان می‌دهد فعالیت سلول‌های عصبی را در مغز زنده کنترل و بررسی کنند و از این طریق دریابند که شبکه‌های عصبی چگونه در شکل‌گیری خاطرات، احساسات و رفتار‌ها نقش دارند.
هگمان و ناگل پروتئین چنلرودوپسین را در یک جلبک تک‌سلولی کشف کردند و دایسروث این پروتئین را به ابزاری برای کنترل سلول‌های عصبی با نور تبدیل کرد. این دستاورد‌ها زمینه‌ساز شکل‌گیری روشی شدند که عصر جدیدی را در علوم اعصاب آغاز کرد.
درک اینکه مغز چگونه احساسات، رفتار‌ها و عملکرد‌های مختلف بدن را هدایت می‌کند برای مدت طولانی یکی از معما‌های مهم علم بوده است. پژوهشگران در قرن بیستم تلاش کردند مشخص کنند کدام بخش‌های مغز مسئول کنترل عملکرد‌های مختلف هستند، اما ابزار‌های موجود عمدتاً امکان اثبات روابط علّی میان فعالیت نورون‌ها و رفتار را فراهم نمی‌کردند.
در نتیجه تصویری که دانشمندان از عملکرد مغز در اختیار داشتند، بیشتر شبیه نقشه‌ای اولیه و ناقص بود که در آن پرسش‌ها و ناشناخته‌های بسیاری وجود داشت. توسعه اپتوژنتیک این وضعیت را تغییر داد و ابزار جدیدی برای بررسی مستقیم نقش مدار‌های عصبی در اختیار پژوهشگران قرار داد.
پر اسونینگسون رئیس کمیته نوبل فیزیولوژی یا پزشکی درباره اهمیت این روش گفت: اپتوژنتیک فرصت‌هایی را برای نقشه‌برداری از مغز فراهم می‌کند که زمانی تنها در حد رویا بود.
همه چیز با کنجکاوی پیتر هگمان درباره یک جلبک تک‌سلولی آغاز شد. او می‌خواست بداند جلبکی موسوم به کلامیدوموناس چگونه می‌تواند در محیط خود مسیرش را به سمت منبع نور پیدا کند.
هگمان و گئورگ ناگل در اوایل دهه ۲۰۰۰ پروتئینی با ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد به نام چنلرودوپسین را در این جلبک شناسایی کردند. این پروتئین در سطح سلول قرار دارد و در پاسخ به نور می‌تواند یک کانال یونی را باز کند.
هنگامی که نور آبی به چنلرودوپسین می‌تابد، کانال موجود در این پروتئین باز می‌شود و یون‌های باردار می‌توانند وارد سلول شوند. جریان این یون‌ها موجب ایجاد یک تکانه الکتریکی در سلول می‌شود.
یکی از ویژگی‌های مهم این پروتئین آن است که عملکرد آن محدود به سلول‌های جلبک نیست. پژوهشگران دریافتند که چنلرودوپسین را می‌توان در انواع دیگری از سلول‌ها نیز قرار داد و از این طریق آنها را نسبت به نور حساس کرد. این ویژگی راه را برای استفاده از نور به عنوان ابزاری برای کنترل فعالیت سلول‌های عصبی باز کرد.
کارل دایسروث در گام بعدی ژن چنلرودوپسین را وارد سلول‌های عصبی موش‌های صحرایی کرد. او سپس نور آبی را به این سلول‌ها تاباند و توانست با تحریک آنها یک سیگنال عصبی ایجاد کند.
دایسروث این دستاورد مهم را در سال ۲۰۰۵ منتشر کرد؛ پژوهشی که نشان داد می‌توان با استفاده از یک پروتئین حساس به نور، فعالیت نورون‌ها را از بیرون و با تاباندن نور کنترل کرد.
دو سال بعد، در سال ۲۰۰۷ دایسروث این روش را یک گام دیگر پیش برد و از این کلید نوری برای کنترل سلول‌های عصبی در مغز موش‌های زنده استفاده کرد.
این دستاورد نقطه عطفی در توسعه اپتوژنتیک بود، زیرا پژوهشگران را قادر کرد فعالیت مدار‌های عصبی مشخصی را در مغز موجود زنده با دقت بسیار بیشتری کنترل کنند.
پژوهشگران با استفاده از اپتوژنتیک توانسته‌اند مدار‌های عصبی مرتبط با خاطرات، احساسات و رفتار‌های مشخص را شناسایی و بررسی کنند. این مدار‌ها در برخی اختلالات عصبی و روان‌پزشکی نیز نقش دارند.
مزیت مهم این روش امکان کنترل فعالیت نورون‌ها با دقت بالا و بررسی پیامد‌های این تحریک در مغز زنده است. به این ترتیب، پژوهشگران می‌توانند نه‌تنها ارتباط میان یک مدار عصبی و یک رفتار را مشاهده کنند بلکه نقش آن مدار را در ایجاد یک عملکرد مشخص نیز بررسی کنند.
کاربرد‌های اپتوژنتیک تنها به تحقیقات پایه محدود نمانده است. در حوزه پزشکی بالینی نیز پژوهشگران در تلاش هستند از این فناوری برای بازگرداندن بینایی در افرادی استفاده کنند که دچار برخی اختلالات بینایی هستند.
اپتوژنتیک در سال‌های گذشته درک دانشمندان از عملکرد مغز را به شکل بنیادین تغییر داده و به ابزاری مهم برای بررسی مدار‌های عصبی تبدیل شده است. استفاده از این فناوری همچنان به کشف‌های جدید درباره نحوه عملکرد مغز و ارتباط فعالیت نورون‌ها با رفتار و عملکرد‌های پیچیده کمک می‌کند.
کارل دایسروث
او ۱۸ نوامبر ۱۹۷۱ در شهر بوستون ایالت ماساچوست آمریکا متولد شد. وی در زمان دریافت جایزه نوبل در موسسه پزشکی هاوارد هیوز و دانشگاه استنفورد آمریکا فعالیت می‌کند.
دایسروث با وارد کردن ژن چنلرودوپسین به سلول‌های عصبی و استفاده از نور برای کنترل فعالیت آنها نقش مهمی در تبدیل کشف هگمان و ناگل به یک روش عملی برای مطالعه مغز ایفا کرد.
پیتر هگمان
او در ۱۱ دسامبر ۱۹۵۴ در شهر مونستر آلمان متولد شد. وی در زمان دریافت جایزه نوبل در دانشگاه هومبولت برلین در شهر برلین آلمان فعالیت می‌کند.
هگمان از پژوهشگران اصلی در کشف پروتئین‌های حساس به نور در جلبک‌ها و شناسایی ویژگی‌های چنلرودوپسین بود.
گئورگ ناگل
او در ۲۴ اوت ۱۹۵۳ در شهر واینگارتن آلمان متولد شد. وی در زمان دریافت جایزه نوبل در دانشگاه وورتسبورگ در شهر وورتسبورگ آلمان فعالیت می‌کند.
ناگل در کنار هگمان در شناسایی و مطالعه چنلرودوپسین و بررسی سازوکار عملکرد این پروتئین نقش داشت.
انتهای پیام/