دانشمندان برنده جایزه نوبل 2026 برای کنترل سلول های مغز با نور شدند

دانشمندانی که در مورد چگونگی کنترل سلول های مغز با نور کار کردند، برنده جایزه نوبل امسال در فیزیولوژی یا پزشکی شدند. کارل دیسروت، پیتر هگمان و گئورگ ناگل به دلیل تحقیقات خود در زمینه "کانال های یونی دریچه نور و اپتوژنتیک" مورد تقدیر قرار گرفتند.

پیتر هگمان، از دانشگاه هومبولت برلین، و گئورگ ناگل، از دانشگاه وورزبورگ، می خواستند بفهمند که چگونه یک جلبک کوچک تک سلولی به نام کلامیدوموناس، نور را حس می کند. حسگر نور منحصر به حیوانات چشم نیست: موجودات زنده در سراسر جهان از نور برای تشخیص محیط اطراف خود و پاسخ به تغییرات محیط خود استفاده می کنند. حتی موجودات تک سلولی پروتئین هایی دارند که به نور پاسخ می دهند. این پروتئین ها برای حرکت به سمت نور یا دور شدن از نور، تولید انرژی و پاسخگویی به نیازهای مختلف یک روز 24 ساعته استفاده می شوند.

هگمن و ناگل کشف کردند که کلامیدوموناس دارای مکانیسم زیبایی مبتکرانه برای تشخیص نور است که به پروتئینی به نام کانال رودوپسین متکی است.

Channelrhodopsin در غشای خارجی سلول جلبک ساخته شده است. بخشی از پروتئین رو به آب بیرون سلول و بخشی به سمت داخل است. این پروتئین همچنین حاوی یک مولکول کوچک به نام رتین آلدئید است که قادر به جذب نور است.

هنگامی که نور به رتینالدئید داخل کانال رودوپسین برخورد می کند، شکل آن تغییر می کند. این باعث می شود پروتئین کانال رودوپسین نیز تغییر شکل دهد. این تغییر یک گذرگاه کوچک را از غشای سلولی باز می کند. سپس ذرات با بار مثبت، از جمله سدیم، می توانند از آب خارج از جلبک به داخل سلول جریان پیدا کنند. این حرکت ذرات باردار سیگنالی را به داخل جلبک می فرستد که به شنا کمک می کند.

حل چنین سوال بیولوژیکی جالبی چقدر خارق العاده است، اما چرا جایزه نوبل در فیزیولوژی یا پزشکی؟ پاسخ در نحوه عملکرد سلول های عصبی نهفته است. سلول های عصبی از حرکت ذرات باردار (به نام "یون") در غشای خود برای کنترل فعالیت خود استفاده می کنند. هنگامی که ذرات با بار مثبت به سلول عصبی جریان می یابند، می توانند آن را فعال تر کنند.

محققان دریافتند که اگر بتوانند کانال رودوپسین را در سلول های عصبی قرار دهند، ممکن است بتوانند آن سلول ها را به سادگی با تابش نور به آنها روشن کنند. این دقیقا همان کاری است که هگمن، ناگل و سومین برنده جایزه نوبل، کارل دیسروت، روانپزشک و مهندس زیستی در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا انجام دادند.

توانایی کنترل سلول های عصبی با نور را اپتوژنتیک می نامند. این به یک ابزار تحقیقاتی قدرتمند تبدیل شده است زیرا دانشمندان می توانند از آن برای روشن و خاموش کردن گروه های خاصی از سلول های عصبی استفاده کنند و ببینند چه اتفاقی می افتد.

ابتدا، دانشمندان ژن کانال رودوپسین را به سلول های عصبی که می خواهند مطالعه کنند تحویل می دهند. این ژن معمولا توسط ویروسی که تغییر یافته است به داخل سلول ها منتقل می شود و نمی تواند باعث بیماری شود. سپس سلول ها پروتئین کانال رودوپسین را می سازند که باعث می شود به نور پاسخ دهند.

در حیواناتی مانند موش، دانشمندان می توانند نور را از طریق یک فیبر نوری نازک به مغز بتابانند. هنگامی که نور به سلول ها می رسد، کانال رودوپسین باز می شود و سلول ها فعال می شوند. سلول های عصبی مجاور که حاوی پروتئین نیستند، تحت تاثیر قرار نمی گیرند.

نور می تواند قسمت بسیار کوچکی از مغز را هدف قرار داده و به سرعت خاموش و روشن شود. این امر اپتوژنتیک را به روشی قدرتمند برای بررسی نحوه عملکرد مغز تبدیل می کند. برای مثال، اگر دانشمندان بخواهند بدانند که آیا گروه خاصی از سلول‌های عصبی در حافظه، خواب، احساس یا حرکت نقش دارند، می‌توانند آن سلول‌ها را با نور روشن کنند و ببینند چه اتفاقی می‌افتد.

در یک آزمایش در سال 2012، تیمی در مؤسسه فناوری ماساچوست به موش‌ها شوک الکتریکی خفیفی در قفس خاصی وارد کردند. آن‌ها از اپتوژنتیک برای علامت‌گذاری سلول‌های عصبی در مرکز حافظه مغز استفاده کردند که در آن آزمایش شرطی‌سازی ترس فعال بودند. روزها بعد، در قفس دیگری، آن سلول ها را با نور روشن کردند. موش ها از ترس یخ زدند، انگار شوک را به یاد آوردند.

موش هایی که شوکه نشده بودند منجمد نشدند و این نشان داد که نور یک حافظه خاص را دوباره فعال می کند. دیسروت یکی از نویسندگان این مطالعه بود.

اپتوژنتیک توانایی دانشمندان را برای بررسی نحوه عملکرد مغز و سیستم عصبی تغییر داده است. همچنین ممکن است آینده ای به عنوان یک درمان داشته باشد. اپتوژنتیک در حال حاضر در مراحل اولیه آزمایشات بالینی برای افراد مبتلا به دژنراسیون شبکیه است. در این آزمایش‌ها، محققان پروتئین‌های حساس به نور را به سلول‌های عصبی وارد می‌کنند که پس از از بین رفتن سلول‌هایی که به طور معمول نور را تشخیص می‌دهند - به نام میله‌ها و مخروط‌ها - در شبکیه باقی می‌مانند. این می‌تواند باعث شود سلول‌های باقی‌مانده به نور پاسخ دهند و دید را بازیابی کنند.

محققان همچنین در حال بررسی این موضوع هستند که آیا اپتوژنتیک در نهایت می تواند برای درمان بیماری های عصبی از جمله پارکینسون و صرع استفاده شود.

جایزه نوبل امسال کاری را جشن می گیرد که با یک سوال آغاز شد که ممکن است باطنی به نظر برسد: کلامیدوموناس چگونه به سمت نور شنا می کند؟ این سوال اهمیت عملی آشکاری ندارد. این یک نیاز فوری در سلامت انسان را برطرف نمی کند، و نه مسیر روشنی برای رسیدن به ثروت است. موفقیت اپتوژنتیک نشان دهنده اهمیت تداوم پرسیدن سؤالات صرفا برای درک دنیای اطرافمان است زیرا پیش بینی اینکه دانش ما را به کجا خواهد برد غیرممکن است.

مطالب ارائه شده توسط The Conversation . نوشته اصلی توسط رابرت لوکاس، استاد علوم اعصاب، دانشگاه منچستر. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

ناسا در حال بررسی آنچه در زیر یک حفره غول پیکر در ماه نهفته است

ناسا یک سازند عجیب روی زمین را با یک اتصال شگفت انگیز به ماه ثبت کرد

دانشمندان میانبر شگفت انگیزی برای همجوشی هسته ای کشف کردند

دانشمندان یک راه شگفت انگیز جدید برای مبارزه با فشار خون بالا - از طریق گوش کشف کردند