Kiçik su hövzəsindəki yosun Nobel mükafatına və beynin öyrənilməsinin yeni üsuluna necə yol açdı?

Berlin Humboldt Universitetində çalışan Hegemann və Vürtsburq Universitetinin alimi Nagel Chlamydomonas adlı mikroskopik, birhüceyrəli yosunun işığı necə qəbul etdiyini anlamaq istəyirdilər. İşığı hiss etmək yalnız gözləri olan heyvanlara xas xüsusiyyət deyil. Canlı aləmin müxtəlif nümayəndələri ətraf mühiti müəyyənləşdirmək və dəyişikliklərə uyğun reaksiya vermək üçün işıqdan istifadə edir. Hətta birhüceyrəli orqanizmlərdə də işığa cavab verən zülallar mövcuddur. Bu zülallar orqanizmin işığa doğru və ya işıqdan uzağa hərəkət etməsinə, enerji yaratmasına və sutkanın 24 saatlıq dövrünün müxtəlif tələblərinə uyğunlaşmasına kömək edir.

Hegemann və Nagel müəyyən ediblər ki, Chlamydomonas işığı olduqca mürəkkəb və səmərəli mexanizmlə qəbul edir. Bu prosesin əsasını kanalrodopsin adlı tək bir zülal təşkil edir.

Kanalrodopsin yosun hüceyrəsinin xarici membranında yerləşir. Zülalın bir hissəsi hüceyrədən kənardakı suya, digər hissəsi isə hüceyrənin daxilinə yönəlir. Zülalın tərkibində işığı udmaq qabiliyyətinə malik retinaldehid adlı kiçik molekul da var.

İşıq kanalrodopsinin daxilindəki retinaldehidə düşdükdə onun quruluşu dəyişir. Bu dəyişiklik kanalrodopsin zülalının da formasını dəyişməsinə səbəb olur. Nəticədə hüceyrə membranında kiçik bir keçid açılır. Bundan sonra natrium kimi müsbət yüklü hissəciklər hüceyrənin xaricindəki sudan yosun hüceyrəsinin daxilinə keçə bilir. Yüklü hissəciklərin bu hərəkəti yosunun daxilində siqnal yaradır və onun üzməsinə kömək edir.

Bəs belə maraqlı bioloji mexanizmin kəşfi nə üçün fiziologiya və ya tibb üzrə Nobel mükafatına layiq görülüb?

Cavab sinir hüceyrələrinin işləmə prinsipi ilə bağlıdır. Sinir hüceyrələri öz fəaliyyətlərini idarə etmək üçün membranlarından ion adlanan yüklü hissəciklərin keçidindən istifadə edir. Müsbət yüklü hissəciklər sinir hüceyrəsinə daxil olduqda onun fəaliyyətini artıra bilər. Tədqiqatçılar belə qənaətə gəliblər ki, kanalrodopsini sinir hüceyrələrinə yerləşdirmək mümkün olsa, həmin hüceyrələri sadəcə işıqlandırmaqla aktivləşdirmək olar. Hegemann, Nagel və Nobel mükafatının digər laureatı — Kaliforniyadakı Stanford Universitetinin psixiatrı və bioinşaatçısı Karl Deyserot məhz bunu həyata keçiriblər.

Sinir hüceyrələrinin işıq vasitəsilə idarə edilməsi optogenetika adlanır. Bu üsul güclü elmi tədqiqat vasitəsinə çevrilib. Çünki alimlər onun köməyi ilə sinir hüceyrələrinin konkret qruplarını aktivləşdirə və ya söndürə, daha sonra isə bunun nəticəsində nələrin baş verdiyini müşahidə edə bilirlər. İlk mərhələdə alimlər kanalrodopsin zülalını kodlaşdıran geni öyrənmək istədikləri sinir hüceyrələrinə çatdırırlar. Bu gen adətən xəstəlik törətmək qabiliyyəti aradan qaldırılmış virus vasitəsilə hüceyrələrə daxil edilir. Bundan sonra hüceyrələr kanalrodopsin zülalını istehsal edir və nəticədə işığa həssas vəziyyətə gəlirlər.  Siçanlar kimi heyvanlarda alimlər nazik optik lif vasitəsilə beynin daxilinə işıq ötürə bilirlər. İşıq həmin hüceyrələrə çatdıqda kanalrodopsin açılır və hüceyrələr aktivləşir. Zülalı olmayan yaxınlıqdakı sinir hüceyrələri isə bundan təsirlənmir.  İşığı beynin çox kiçik bir hissəsinə yönəltmək və onu son dərəcə sürətlə yandırıb-söndürmək mümkündür. Bu xüsusiyyət optogenetikanı beynin necə işlədiyini araşdırmaq üçün güclü vasitəyə çevirib.

Məsələn, alimlər müəyyən sinir hüceyrələri qrupunun yaddaş, yuxu, hissiyyat və ya hərəkətdə iştirak edib-etmədiyini öyrənmək istəyirlərsə, həmin hüceyrələri işıq vasitəsilə aktivləşdirərək baş verən dəyişiklikləri müşahidə edə bilərlər.

2012-ci ildə Massaçusets Texnologiya İnstitutunda aparılan bir təcrübədə tədqiqatçılar siçanlara xüsusi bir qəfəsdə zəif elektrik cərəyanı ilə şok veriblər. Daha sonra optogenetikadan istifadə edərək qorxuya şərtləndirmə təcrübəsi zamanı beynin yaddaş mərkəzində aktiv olan sinir hüceyrələrini müəyyənləşdirib işarələyiblər. Bir neçə gün sonra siçanları başqa qəfəsə yerləşdirərək həmin hüceyrələri işıq vasitəsilə yenidən aktivləşdiriblər. Siçanlar qorxudan hərəkətsiz qalıb — sanki elektrik şokunu xatırlayıblar. Elektrik şoku almayan siçanlarda isə belə reaksiya müşahidə edilməyib. Bu, işığın konkret bir yaddaşı yenidən aktivləşdirdiyini göstərib. Deyserot həmin tədqiqatın müəlliflərindən biri olub. Optogenetika alimlərin beynin və sinir sisteminin fəaliyyətini araşdırmaq imkanlarını əhəmiyyətli dərəcədə dəyişib. Bu üsul gələcəkdə müalicə vasitəsinə də çevrilə bilər.

Optogenetika hazırda tor qişanın degenerasiyasından əziyyət çəkən insanlar üzərində ilkin mərhələli klinik sınaqlarda araşdırılır. Bu sınaqlarda tədqiqatçılar normalda işığı qəbul edən və çubuqcuq və kolbacıq adlanan hüceyrələr itirildikdən sonra tor qişada qalan sinir hüceyrələrinə işığa həssas zülallar yerləşdirirlər. Bu üsul sağ qalan hüceyrələrin işığa reaksiya verməsinə və görmə qabiliyyətinin müəyyən qədər bərpa olunmasına imkan yarada bilər. Alimlər həmçinin optogenetikanın gələcəkdə Parkinson xəstəliyi və epilepsiya da daxil olmaqla müxtəlif nevroloji xəstəliklərin müalicəsində istifadə edilə biləcəyini araşdırırlar. Bu ilki Nobel mükafatı ilk baxışda olduqca nəzəri görünən bir sualdan başlayan elmi işləri diqqət mərkəzinə gətirib: “Chlamydomonas işığa doğru necə üzür?” Bu sualın ilk baxışdan praktiki əhəmiyyəti görünməyə bilər. O, insan sağlamlığı ilə bağlı təcili problemin həllinə yönəlməyib və zənginlik gətirəcək aydın bir yol da vəd etməyib. Lakin optogenetikanın uğuru göstərir ki, dünyanı daha yaxşı anlamaq məqsədilə sadəcə elmi maraqdan irəli gələn suallar verməyə davam etmək son dərəcə vacibdir. Çünki əldə edilən biliklərin gələcəkdə insanlığı hara aparacağını əvvəlcədən proqnozlaşdırmaq mümkün deyil.

mənbə: medicalxpress.com