კარლ დისეროთი, პიტერ ჰეგემანი და გეორგ ნაგელი ნობელის პრემიის ლაურეატები სინათლით მართვადი იონური არხებისა და ოპტოგენეტიკის აღმოჩენისთვის გახდნენ. ამ მიღწევამ მკვლევრებს ტვინის რთული ნერვული ქსელების მაღალი სიზუსტით შესწავლის საშუალება მისცა.
ნეირომეცნიერების ხანგრძლივი გამოწვევა
ადამიანის თავის ტვინი მილიარდობით ნეირონისგან შედგება, რომლებიც ერთმანეთთან უამრავ კავშირს ამყარებენ. იმის გასაგებად, თუ როგორ მუშაობს მეხსიერება ან რატომ ვითარდება ესა თუ ის ნევროლოგიური მდგომარეობა (მაგალითად, პარკინსონის დაავადება ან დეპრესია), მეცნიერებს სჭირდებოდათ კონკრეტული უჯრედების მიზნობრივი აქტივაცია ან დათრგუნვა.
ათწლეულების განმავლობაში ნეირონების სტიმულაციისთვის ელექტროდებს იყენებდნენ, თუმცა ამ მეთოდს შერჩევითობა აკლდა — ელექტრული სიგნალი განურჩევლად ააქტიურებდა გარშემო არსებულ ყველა ტიპის უჯრედს, რაც კონკრეტული ნერვული წრედების ფუნქციის ზუსტ იდენტიფიცირებას ართულებდა.
წყალმცენარეებიდან ძუძუმწოვრების ტვინამდე
გამოსავალი ერთუჯრედიან მწვანე წყალმცენარეებში (Chlamydomonas reinhardtii) მოიძებნა. გერმანელი მეცნიერები, პიტერ ჰეგემანი და გეორგ ნაგელი სწავლობდნენ, თუ როგორ ახერხებდა ეს ორგანიზმი სინათლის მიმართულებით მოძრაობას. მათ აღმოაჩინეს სპეციფიკური ცილები — სინათლით მართვადი იონური არხები. სინათლის მოხვედრისას ეს არხები იხსნება და უჯრედში იონების ნაკადს ატარებს, რაც ელექტრულ სიგნალს წარმოქმნის.
ოპტოგენეტიკის შექმნა
ტექნოლოგია სრულყოფილად მაშინ ჩამოყალიბდა, როდესაც ამერიკელმა მეცნიერმა კარლ დისეროთმა ეს მექანიზმი ძუძუმწოვრების ტვინში გამოიყენა. გენეტიკური ინჟინერიის, კერძოდ კი უსაფრთხო ვირუსული ვექტორების დახმარებით, დისეროთმა შეძლო წყალმცენარის სინათლისადმი მგრძნობიარე ცილების ლაბორატორიული თაგვების კონკრეტულ ნეირონებში ჩანერგვა.
შედეგად, შესაძლებელი გახდა ტვინის უჯრედების მართვა პირდაპირ, სინათლის სხივით. მაგალითად, ლურჯი სინათლის მინათებისას ნეირონი წამიერად აქტიურდებოდა, ხოლო სინათლის გათიშვისთანავე — უბრუნდებოდა საწყის მდგომარეობას. სწორედ ამ მეთოდს ეწოდა ოპტოგენეტიკა — ოპტიკისა და გენეტიკის სინთეზი.
ტექნოლოგიის მნიშვნელობა კვლევებსა და მედიცინაში
ოპტოგენეტიკამ მნიშვნელოვნად გააფართოვა ნეირომეცნიერების შესაძლებლობები. მისი დახმარებით მკვლევრებს უკვე შეუძლიათ ლაბორატორიულ ცხოველებში ზუსტად იმ ნეირონების მანიპულაცია, რომლებიც მონაწილეობენ შიმშილის, შიშის, აგრესიისა თუ ძილის რეგულაციაში.
ამ ტექნოლოგიამ ახალი პერსპექტივები გააჩინა კლინიკურ მედიცინაშიც. ოპტოგენეტიკის პრინციპებზე დაყრდნობით მიმდინარეობს კვლევები ისეთი მდგომარეობების უკეთ შესასწავლად და პოტენციური სამკურნალო სტრატეგიების შესამუშავებლად, როგორიცაა პარკინსონის დაავადება და ეპილეფსია. ერთ-ერთი ყველაზე ხელშესახები მიღწევა კლინიკურ კვლევებში დაფიქსირდა, სადაც თვალის ბადურაზე სინათლისადმი მგრძნობიარე ცილების პირდაპირი ჩანერგვით პაციენტებს მხედველობის გარკვეული ფუნქცია ნაწილობრივ აღუდგინეს.
წლევანდელი ნობელის პრემია ხაზს უსვამს იმ პროგრესს, რომელიც საბაზისო ბიოლოგიური კვლევიდან — წყალმცენარის ცილის აღმოჩენიდან — ტვინის რთული მექანიზმების შესწავლამდე განვითარდა. დღეს ოპტოგენეტიკა ერთ-ერთი ყველაზე მძლავრი სამეცნიერო ინსტრუმენტია, რომელსაც ნევროლოგიური და ფსიქიატრიული დაავადებების მექანიზმების გააზრებისა და მათი პოტენციური მკურნალობის საქმეში უდიდესი წვლილი შეაქვს.
