Kapcsoló az idegsejtekben
A szó szoros értelmében új fényben tünteti fel az agy működését az idei orvosi és fiziológiai Nobel-díj három kitüntetettje. Nekik is köszönhető, hogy ma már lehetséges ki- vagy bekapcsolni egyes idegsejtek működését élő agyban. Ezen alapul egy új tudományterület, az optogenetika. A neuronok ki-be kapcsolása egyelőre jórészt kísérleti célokat szolgál, de a kutatások fontos mellékterméke, hogy egyes esetekben részben sikerülhet visszaadni emberek elveszett látását. A főszereplő egy fehérje, a csatornarodopszin, amely fény hatására ionokat enged át a sejtmembránon. Szokták ezért fénykapuzott ioncsatornának is nevezni.
A felfedezéshez vezető út távolról indult. Peter Hegemann német idegtudós az 1990-es évek elején a martinsriedi Biokémiai Intézetben azt kezdte kutatni: hogyan tud egy egysejtű alga, a Chlamydomonas nagyon gyorsan a fény irányába mozdulni. Kiderült, hogy van egy látószerve, abban pedig egy fényérzékeny molekula, a retinál, amelynek köszönhetően az alga hússzor olyan gyorsan reagál a fényre, mint az emberi szem. Feltételezte, hogy a gyors és egyszerű szerkezet egy ioncsatorna – de a tudomány akkor nem ismert fényérzékeny ioncsatornát. A fordulatot az hozta el, hogy japán kutatóktól megkapta a Chlamydomonas géntérképét, és abban két gén nagyon hasonlított azokra a már ismert génekre, amelyek fényérzékeny fehérjéket kódolnak. Ezek után Georg Nageltől, a molekuláris növényfiziológia és a biofizika szakértőjétől, a frankfurti Biofizikai Intézet munkatársától kért segítséget. 2003-ban jutottak el odáig, hogy publikálták: a csatornarodopszin 2-es típusa alkalmas arra, hogy élő sejtekben elektromos impulzusokat keltsenek vele.
Innen folytatta a napjainkban hetvenes éveiket taposó német tudósok munkáját az egy nemzedékkel fiatalabb amerikai Karl Deisseroth, a biomérnökség, a pszichiátria és a viselkedéstudomány professzora a Stanford Egyetemen. Először arról bizonyosodott meg, hogy az idegen gén nem okoz bajt egérsejtekben, hanem gond nélkül termel csatornarodopszint. Többekkel, köztük Hegemann-nal és Nagellel együttműködve sorra találtak olyan fehérjéket, amelyek más-más színű fény hatására képesek voltak gyorsan ki- vagy bekapcsolni idegsejtek működését. 2006-tól kezdték optogenetika néven emlegetni az eljárást. Ez arra utal, hogy a sejtekbe (leggyakrabban idegsejtekbe) gének bejuttatásával építik be a fényérzékeny fehérjéket.
Egy évvel később Deisserothnak sikerült fénnyel mozgatnia élő egér bajuszát (ez rendkívül érzékeny tapintószerv, és mozgatása fontos az állat tájékozódásában). A következő eredmény az volt, hogy a megfelelő idegsejtek megvilágításával fel tudtak ébreszteni alvó egereket. 2012-ben már emléknyomokat (engramokat) is fel tudtak idézni, ezáltal keltettek félelmet egerekben.
Bár élő állatok, különösen pedig emberek agyának irányításáról szó sincs, a módszer sokat számít annak kutatásában, hogy melyik idegsejtek milyen feladatokat látnak el. Éppen ez keltette fel eredetileg Deisseroth érdeklődését: mitől más a depressziósok, az autisták, a skizofrének agya? Állatkísérletekben már sikerült az optogenetika módszerével létrehozni demencia, epilepszia, függőségek modelljeit. Az optogenetika gyógyászati alkalmazásának első példája, hogy egy vakságot okozó betegség, a retinitis pigmentosa esetében egy fényérzékeny fehérje segítségével valamelyest javítani lehetett egy kísérleti alany látását.
