Της Ιωάννας Κουτσοτόλη,
Αδιαμφισβήτητα, τις τελευταίες δεκαετίες η πρόοδος στον τομέα της νευροεπιστήμης είναι ραγδαία, γεγονός που αντικατοπτρίζεται στην ανακάλυψη ολοένα και περισσότερων πειραματικών τεχνικών, που έχουν ως στόχο την αποκωδικοποίηση βιολογικών αινιγμάτων. Βασικό παράδειγμα τέτοιων τεχνικών αποτελεί η οπτογενετική (optogenetics), κατά την οποία το φως χρησιμοποιείται ως ένα μέσο ελέγχου καθορισμένων γεγονότων σε ένα ζωντανό ζωικό κύτταρο. Συγκεκριμένα, η οπτογενετική επιτρέπει στους επιστήμονες να ενεργοποιούν ή να απενεργοποιούν τα κύτταρα με αξιοσημείωτη ακρίβεια, παρέχοντας, κατ’ επέκταση, τη δυνατότητα ελέγχου βιολογικών αντιδράσεων του οργανισμού, όπως είναι αυτές του πόνου και του φόβου. Με ποιον τρόπο κατάφερε η επιστημονική κοινότητα να τιθασεύσει τις ιδιότητες του φωτός και να τις χρησιμοποιήσει προς όφελός της στη βιολογική έρευνα;
Πρώτο στάδιο, στην τεχνολογία της οπτογενετικής, που αποτελεί την ενσωμάτωση γονιδίων μονοκύτταρων οργανισμών (βακτήρια, μύκητες) σε ζώα (συνήθως ποντίκια), με σκοπό τη χρήση τους ως εργαλεία μελέτης διάφορων συμπεριφορών. Τα γονίδια αυτά, που ονομάζονται μικροβιακές οψίνες, παράγουν πρωτεΐνες που λειτουργούν ως κανάλια ή αντλίες ιόντων ευαίσθητων στο φως, ενεργοποιώντας ή αναστέλλοντας την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος στα κύτταρα. Με αυτόν τον τρόπο, κατευθύνουν την κίνηση φορτισμένων ιόντων (π.χ. πρωτονίων ή ιόντων χλωρίου) κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης, ως απόκριση στο φως. Μετέπειτα, χρησιμοποιούνται προηγμένα εργαλεία γενετικής για τη στόχευση αυτών των γονιδίων οψίνης σε συγκεκριμένους κυτταρικούς τύπους. Η στόχευση πραγματοποιείται με σκοπό να εξασφαλιστεί ότι τα γονίδια θα εκφραστούν σε συγκεκριμένα κύτταρα.
Στη συνέχεια, προηγμένα οπτικά μηχανήματα (π.χ. ακτίνες λέιζερ) στοχεύουν συγκεκριμένα μήκη φωτός σε συγκεκριμένες περιοχές ιστών ή σε κύτταρα. Ιδανικά, αυτό πραγματοποιείται τη στιγμή που ο οργανισμός εκτελεί τη συμπεριφορά που μελετάται ή γενικότερα μια συμπεριφορά που ενδιαφέρει τον επιστήμονα. Τα μήκη κύματος του φωτός διεγείρουν την παραγωγή οψίνης, με αποτέλεσμα την παραγωγή ρεύματος στα στοχευμένα κύτταρα. Ανάλογα με το είδος της οψίνης, το ηλεκτρικό ρεύμα είτε ενεργοποιεί είτε αναστέλλει τα κύτταρα-στόχους. Συνεπώς, μπορούν με αυτόν τον τρόπο να εξακριβώσουν οι ερευνητές πώς επιδρά το ηλεκτρικό ρεύμα και με ποιον τρόπο σε μια συγκεκριμένη συμπεριφορά του κυττάρου, που μελετάται.
Καθίσταται εναργές ότι μετά από τόση έρευνα πολλές μικροβιακές οψίνες έχουν ανακαλυφθεί στη φύση και αρκετές ακόμα έχουν συντεθεί τεχνητά στο εργαστήριο. Οι συνθετικές οψίνες έχουν κατασκευαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να εξασφαλίζουν τις ανάγκες ενός πειράματος, αν και συχνά δεν είναι το ίδιο αποτελεσματικές όσο οι φυσικές. Επιπλέον, η οπτογενετική έχει πολλές εφαρμογές κυρίως στη νευροεπιστήμη. Πολλές πειραματικές μελέτες εστιάζουν στον τρόπο με τον οποίο η οπτογενετική θα βοηθήσει στην εξακρίβωση αβέβαιων καταστάσεων σχετικά το εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου, σε περιπτώσεις επιληψίας, κατάθλιψης, άγχους, νόσου Parkinson, καθώς και νόσου Huntington.
Ο Francis Crick ήταν ο πρώτος που πρότεινε, το 1979, ότι το φως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο των νευρώνων. Παρόλα αυτά, η έλλειψη προηγμένων μεθόδων και εργαλείων στάθηκε εμπόδιο στην προσπάθεια της επιστήμης να εξετάσει τη θεωρία του. Σήμερα, η τεχνική της οπτογενετικής χρησιμοποιείται από πολλά εργαστήρια ανά τον κόσμο και βρίσκει εφαρμογές στη νευρολογία, τη συμπεριφορά των ζώων και τη φυσιολογία, απαντώντας ερωτήματα που σχετίζονται με την κίνηση, τον ύπνο, τη μνήμη, την αρτηριακή πίεση, τον μεταβολισμό, τον φόβο και την αισθητηριακή επεξεργασία. Στο μέλλον, μέσω της σταδιακής ανάπτυξης και προόδου της βιολογικής έρευνας, η εξέλιξη περισσότερων καινοτόμων τεχνικών θα φέρει στο φως νέα δεδομένα για τα κύτταρα και, γενικότερα, για τον οργανισμό, που θα οδηγήσουν στην ίαση αμέτρητων παθολογικών καταστάσεων.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- Optogenetics, britannica.com. Διαθέσιμο εδώ
- What is optogenetics and how does it work?, conductscience.com. Διαθέσιμο εδώ
