Algele de iaz: cheia inovației în studiul creierului, recunoscută cu Premiul Nobel pentru Medicină
Oamenii de știință care au descoperit cum se pot controla celulele creierului cu ajutorul luminii au câștigat premiul Nobel din acest an pentru fiziologie sau medicină. Karl Deisseroth, Peter Hegemann și Georg Nagel au fost premiați pentru cercetările lor privind „canalele ionice sensibile la lumină și optogenetica”.
Peter Hegemann, de la Universitatea Humboldt din Berlin, și Georg Nagel, de la Universitatea din Würzburg, au investigat cum o algă unicelulară, numită Chlamydomonas, percepe lumina. Percepția luminii este esențială pentru organismele din întreaga lume a vieții, nu doar pentru cele cu ochi, deoarece toate folosesc lumina pentru a-și detecta împrejurimile. Organismele unicelulare au proteine care răspund la lumină, ajutându-le să se îndrepte spre aceasta sau să se îndepărteze, să genereze energie și să răspundă la ciclul zilnic de 24 de ore.
Hegemann și Nagel au descoperit că Chlamydomonas folosește un mecanism ingenios de detectare a luminii bazat pe o proteină numită canalrodopsină, integrată în membrana celulei algelor. O parte a proteinei se află în exteriorul celulei, iar cealaltă parte în interior. Aceasta conține retinaldehidă, o moleculă capabilă să absoarbă lumina. Când lumina lovește retinaldehida, aceasta își schimbă forma, determinând la rândul său canalrodopsina să se transforme, deschizând un canal prin membrana celulară. Astfel, particulele cu sarcină pozitivă, cum ar fi sodiul, pot curge în interiorul celulei, activând algele.
Întrebarea care se pune este de ce cercetările despre Chlamydomonas au fost distinse cu Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină. Răspunsul se află în modul în care funcționează celulele nervoase, care utilizează mișcarea ionilor prin membranele lor pentru a-și controla activitatea. Când ionii încărcați pozitiv pătrund într-o celulă nervoasă, aceasta devine mai activă. Cercetătorii au realizat că, introducând canalrodopsina în celulele nervoase, pot activa aceste celule prin expunerea la lumină. Aceasta este esența optogeneticii.
Optogenetica a devenit un instrument de cercetare puternic, permițând oamenilor de știință să activeze și să dezactiveze grupuri specifice de celule nervoase și să observe efectele. Oamenii de știință introduc gena pentru canalrodopsină în celulele nervoase dorite, utilizând de obicei un virus modificat pentru a transporta gena fără a provoca boli. Celulele generate răspund apoi la lumină.
La animale, cum ar fi șoarecii, cercetătorii pot direcționa lumina către creier printr-o fibră optică subțire. Când lumina ajunge la celule, canalrodopsina se deschide, activând celulele dorite. Această metodă permite o activare extrem de rapidă și precisă a celulelor nervoase. De exemplu, în experimentele de condiționare a fricii, cercetătorii au demonstrat că activarea anumitor celule nervoase cu ajutorul luminii poate reactiva amintiri specifice.
Optogenetica a revoluționat modul în care oamenii de știință investighează funcționarea creierului și sistemului nervos, având potențialul de a deveni un tratament pentru diverse afecțiuni neurologice. Studiile clinice pentru persoanele cu degenerare retiniană utilizează această tehnică pentru a introduce proteine fotosensibile în celulele nervoase rămase în retină. Cercetătorii explorează, de asemenea, utilizarea optogeneticii pentru tratamente în cazul bolii Parkinson și epilepsiei.
Premiul Nobel din acest an celebrează o cercetare care a început cu o întrebare simplă: cum înoată Chlamydomonas spre lumină? Această întrebare poate părea ezoterică, dar demonstrează importanța de a continua să explorăm și să înțelegem lumea din jurul nostru, subliniind faptul că este imposibil să prezicem unde ne va duce cunoașterea.
