İsveç'teki Nobel Ödülü komitesi, 2026 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nün Amerikalı Karl Deisseroth ile Alman bilim insanları Peter Hegemann ve Georg Nagel'e verildiğini açıkladı. Üç bilim insanı, ışıkla kontrol edilen iyon kanallarının keşfi ve optogenetik olarak bilinen tekniğin geliştirilmesine katkılarından dolayı ödüle layık görüldü.
İsveç'teki Karolinska Enstitüsü Nobel Meclisi, üç bilim insanının çalışmalarının, canlı beyindeki belirli sinir hücrelerinin faaliyetlerinin ışık kullanılarak etkinleştirilmesini veya durdurulmasını sağlayan optogenetik tekniğinin geliştirilmesinin önünü açtığını belirtti.
Bu teknik, sinirbilim alanında önemli bir dönüşüm yarattı. Araştırmacılar optogenetik sayesinde belirli anılar, duygular ve davranışlarla bağlantılı sinir devrelerini inceleme ve belirli sinir hücresi türlerinin çeşitli nörolojik ve psikiyatrik bozukluklardaki rolünü anlama imkanı elde etti.
Devrim niteliğinde bir araç
Hikaye, Hegemann'ın 1990'ların başında ışığa doğru yüzebilen tek hücreli bir alg olan Chlamydomonas üzerinde yaptığı çalışmalarla başladı. Hegemann, organizmanın ışığa verdiği tepkinin yaklaşık yarım milisaniye içinde gerçekleştiğini gözlemledi. Bu hız, insan gözündeki benzer bazı süreçlerden 20 kat daha hızlıydı.
Bu gözlem, Hegemann'ı ışığı algılama özelliğini iyonların geçişine izin veren bir kanalın açılması ve elektriksel bir sinyal üretilmesiyle birleştiren bir proteinin var olabileceği sonucuna götürdü.
Yıllar süren araştırmaların ardından Hegemann, Nagel ile birlikte ışığa duyarlı ve kanalrodopsin (channelrhodopsin) olarak bilinen bir proteini tanımlamayı başardı. Bu proteinin ışığa maruz kaldığında açılan bir iyon kanalı olduğu ortaya çıktı. İkili, 2003 yılında bu proteinden sorumlu genin başka hücrelere aktarılması halinde söz konusu hücrelerin ışığa duyarlı hale geldiğini ve elektriksel sinyaller üretebildiğini gösterdi.
Deisseroth keşfi yeni bir bilim dalına dönüştürdü
Deisseroth, bu keşiften yararlanarak sinir hücrelerinin faaliyetlerini kontrol etmeye yönelik yeni bir yöntem geliştirdi. Ekibi 2005 yılında laboratuvar ortamında yetiştirilen sinir hücrelerinin mavi ışığa tepki vermesini ve sinirsel sinyaller üretmesini sağlamayı başardı.
Araştırmacılar daha sonra hayvan deneylerine geçti. 2007 yılında canlı farelerin beyinlerindeki belirli sinir hücrelerini etkinleştirerek hayvanların hareketlerini kontrol etmeyi başardılar. Aynı yıl Deisseroth'un ekibi, uyanıklıkla bağlantılı sinir hücrelerini etkinleştirerek uyuyan fareleri uyandırmayı da başardı.
Deisseroth, 2012 yılında Susumu Tonegawa ile birlikte tekniği kullanarak farelerde korku anısıyla bağlantılı hücreleri yeniden etkinleştirdi. Hafıza engramı olarak adlandırılan bu yapı, bir anının oluşması sırasında meydana gelen belirli hücre ve sinirsel bağlantı örüntüsünü ifade ediyor.
Araştırmacılar bu hücreleri yeniden etkinleştirdiğinde fareler, ortada herhangi bir tehlike bulunmamasına rağmen korku tepkisi gösterdi. Bu sonuç, belirli bir anının oluşmasında belirli bir sinir hücresi grubunun rol oynadığına dair önemli bir kanıt sundu.
Teknik beynin anlaşılma biçimini nasıl değiştirdi?
Yetişkin insan beyninde yaklaşık 90 milyar sinir hücresi bulunuyor ve her bir hücre binlerce bağlantıyla diğer hücrelere bağlanıyor. Bu durum, her bir hücre türünün işlevinin belirlenmesini son derece karmaşık hale getiriyor.
Ancak optogenetik, araştırmacıların belirli hücre gruplarını seçici biçimde etkinleştirmesine veya baskılamasına ve bunun sonuçlarını doğrudan gözlemlemesine imkan sağladı.
Bu yöntem sayesinde bilim insanları ağrı, sosyal davranış, susama, yemek yeme, ödül ve dikkat duygusuyla bağlantılı sinir devrelerini belirledi. Ayrıca biyolojik saatin düzenlenmesi gibi işlevler de incelendi.
Teknik, sinir sisteminin beyin dışındaki bölümlerinin araştırılmasını da genişletti. Araştırmalar, kalp faaliyetleri ile duygular arasındaki bağlantılara ve bağırsaklardaki belirli hücrelerin bazı yiyeceklerin tercih edilmesindeki rolüne ilişkin yeni bulgular ortaya koydu.
Tedavi umutları
Nobel Meclisine göre optogenetik, depresyon, anksiyete, şizofreni, Alzheimer ve Parkinson gibi hastalıkların daha iyi anlaşılmasına katkı sağladı.
Araştırmacılar tekniğin tedavi amaçlı kullanım potansiyelini de inceliyor. Bu kapsamda, retinitis pigmentosa nedeniyle görme yetisini kaybeden kişilerin görme fonksiyonlarını yeniden kazanmasını amaçlayan klinik çalışmalar yürütülüyor.
Bu çalışmalardan birinde, bir hastanın retinasına kanalrodopsine benzer bir protein aktarılması sınırlı düzeyde görme yetisinin yeniden kazanılmasını sağladı. Hasta, ışık yayan özel gözlüklerin yardımıyla bazı nesneleri ayırt edebildi ve onları tutmayı başardı.
Araştırmacılar ayrıca gelecekte koklear implantların geliştirilmesinde de bu teknolojiden yararlanmayı umuyor. Amaç, işitme sinirini elektrik yerine ışık kullanarak daha yüksek hassasiyetle uyarmak.
Böylece üç bilim insanı, tek hücreli bir algda bulunan ışığa duyarlı bir proteinin keşfini, beynin incelenme biçimini değiştiren bir teknolojiye dönüştürdü. Optogenetik, sinir devrelerinin anılar, duygular ve davranışlarla bağlantısını anlamak için yeni bir alan açarken, nörolojik ve psikiyatrik bozukluklara yönelik yeni tedavilerin geliştirilmesine ilişkin umutları da artırdı.
