स्पष्टीकरणकर्ता: तलावाच्या शैवालमुळे नोबेल पारितोषिक आणि मेंदूची प्रगती कशी झाली

कार्ल डिसेरोथ, पीटर हेगेमॅन आणि जॉर्ज नागेल यांना प्रकाश-गेटेड आयन चॅनेल शोधण्यासाठी आणि ऑप्टोजेनेटिक्समध्ये प्रगती करण्यासाठी फिजियोलॉजी किंवा वैद्यकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले. त्यांचे कार्य शास्त्रज्ञांना प्रकाशासह तंत्रिका पेशी नियंत्रित करण्यास, मेंदूच्या संशोधनात परिवर्तन करण्यास आणि संभाव्य उपचारात्मक अनुप्रयोग उघडण्यास सक्षम करते.

हैदराबाद: प्रकाशाने मेंदूच्या पेशी कशा नियंत्रित करायच्या यावर काम करणाऱ्या शास्त्रज्ञांना या वर्षीचे शरीरशास्त्र किंवा वैद्यकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले आहे.

कार्ल डिसेरोथ, पीटर हेगेमन आणि जॉर्ज नागेल यांना “लाइट-गेटेड आयन चॅनेल आणि ऑप्टोजेनेटिक्स” मधील संशोधनासाठी सन्मानित करण्यात आले.

बर्लिनच्या हम्बोल्ट विद्यापीठातील पीटर हेगेमन आणि वुर्जबर्ग विद्यापीठातील जॉर्ज नागेल यांना हे समजून घ्यायचे होते की एक लहान, एकल-पेशी असलेला अल्गा कसा म्हणतात क्लॅमिडोमोनास प्रकाश जाणवतो.

प्रकाश-संवेदन डोळ्यांसह प्राण्यांसाठी अद्वितीय नाही: सजीव जगामध्ये सर्व जीव त्यांच्या सभोवतालचा परिसर शोधण्यासाठी आणि त्यांच्या वातावरणातील बदलांना प्रतिसाद देण्यासाठी प्रकाश वापरतात. एकल-सेल जीवांमध्ये देखील प्रथिने असतात जी प्रकाशाला प्रतिसाद देतात. ही प्रथिने प्रकाशाच्या दिशेने किंवा दूर जाण्यासाठी, ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी आणि 24 तासांच्या दिवसाच्या विविध मागण्यांना प्रतिसाद देण्यासाठी वापरली जातात.

हेगेमन आणि नागेल यांनी ते शोधून काढले क्लॅमिडोमोनास प्रकाश शोधण्याची एक सुंदर कल्पक यंत्रणा आहे जी channelrhodopsin नावाच्या एका प्रोटीनवर अवलंबून असते. चॅनेलरोडोपसिन अल्गल सेलच्या बाह्य झिल्लीमध्ये तयार केले जाते.

प्रथिनांचा काही भाग सेलच्या बाहेरील पाण्याकडे आणि काही भाग आतल्या बाजूला असतो. प्रथिनांमध्ये रेटिनल्डिहाइड नावाचा एक लहान रेणू देखील असतो, जो प्रकाश शोषण्यास सक्षम असतो. जेव्हा प्रकाश चॅनलहोडोपसिनच्या आत रेटिनल्डिहाइडवर आदळतो तेव्हा त्याचा आकार बदलतो. यामुळे चॅनलहोडोपसिन प्रोटीनचा आकारही बदलतो. हा बदल सेल झिल्लीतून एक लहान रस्ता उघडतो.

सोडियमसह सकारात्मक चार्ज केलेले कण नंतर अल्गा बाहेरील पाण्यातून सेलमध्ये वाहू शकतात. चार्ज केलेल्या कणांची ही हालचाल शैवालच्या आत एक सिग्नल पाठवते ज्यामुळे त्याला पोहायला मदत होते.

इतका मनोरंजक जैविक प्रश्न सोडवणे किती विलक्षण आहे, परंतु शरीरशास्त्र किंवा वैद्यकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक का? चेतापेशींच्या कार्यपद्धतीत उत्तर आहे. चेतापेशी त्यांच्या क्रियाकलाप नियंत्रित करण्यासाठी त्यांच्या पडद्यामध्ये चार्ज केलेले कण (ज्याला “आयन” म्हणतात) ची हालचाल वापरतात. जेव्हा सकारात्मक चार्ज केलेले कण चेतापेशीमध्ये वाहतात तेव्हा ते त्यास अधिक सक्रिय करू शकतात.

संशोधकांच्या लक्षात आले की जर ते मज्जातंतूंच्या पेशींमध्ये चॅनेलरोडोप्सिन घालू शकले, तर ते त्या पेशींवर फक्त प्रकाश टाकून ते चालू करू शकतील. हेगेमन, नागेल आणि तिसरे नोबेल पारितोषिक विजेते, कॅलिफोर्नियातील स्टॅनफोर्ड विद्यापीठातील मानसोपचारतज्ज्ञ आणि जैव अभियंता कार्ल डिसेरोथ यांनी हेच केले.

प्रकाशासह तंत्रिका पेशी चालू करणे

चेतापेशी प्रकाशाने नियंत्रित करण्याच्या क्षमतेला ऑप्टोजेनेटिक्स म्हणतात. हे एक शक्तिशाली संशोधन साधन बनले आहे कारण शास्त्रज्ञ हे तंत्रिका पेशींचे विशिष्ट गट चालू आणि बंद करण्यासाठी आणि काय होते ते पाहू शकतात.

प्रथम, शास्त्रज्ञ त्यांना ज्या मज्जातंतू पेशींचा अभ्यास करायचा आहे त्यांच्यापर्यंत चॅनलहोडोप्सिनचे जनुक वितरीत करतात. जनुक सामान्यतः एका विषाणूद्वारे पेशींमध्ये नेले जाते जे बदलले गेले आहे जेणेकरून ते रोग होऊ शकत नाही. पेशी नंतर चॅनेलरोडोप्सिन प्रथिने बनवतात, ज्यामुळे ते प्रकाशाला प्रतिसाद देतात.

उंदरांसारख्या प्राण्यांमध्ये, शास्त्रज्ञ पातळ ऑप्टिकल फायबरद्वारे मेंदूमध्ये प्रकाश टाकू शकतात. जेव्हा प्रकाश पेशींपर्यंत पोहोचतो तेव्हा चॅनेलरोडोप्सिन उघडते आणि पेशी सक्रिय होतात. प्रथिने नसलेल्या जवळपासच्या चेतापेशी प्रभावित होत नाहीत.

मेंदूच्या अगदी लहान भागावर प्रकाशाचे लक्ष्य केले जाऊ शकते आणि ते खूप लवकर चालू आणि बंद केले जाऊ शकते. हे ऑप्टोजेनेटिक्सला मेंदू कसे कार्य करते हे तपासण्याचा एक शक्तिशाली मार्ग बनवते. उदाहरणार्थ, जर शास्त्रज्ञांना हे जाणून घ्यायचे असेल की मज्जातंतू पेशींचा एक विशिष्ट गट स्मृती, झोप, संवेदना किंवा हालचालींमध्ये गुंतलेला आहे की नाही, म्हणा, ते त्या पेशींना प्रकाशाने स्विच करू शकतात आणि काय होते ते पाहू शकतात.

2012 मध्ये एका प्रयोगात, मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीच्या टीमने एका विशिष्ट पिंजऱ्यात उंदरांना सौम्य विद्युत शॉक दिला. त्यांनी मेंदूच्या स्मृती केंद्रातील मज्जातंतू पेशींना टॅग करण्यासाठी ऑप्टोजेनेटिक्सचा वापर केला जे त्या भय-कंडिशनिंग प्रयोगादरम्यान सक्रिय होते. काही दिवसांनंतर, वेगळ्या पिंजऱ्यात, त्यांनी त्या पेशी प्रकाशाने चालू केल्या. उंदीर भीतीने गोठले, जणू त्यांना धक्का आठवला.

ज्या उंदीरांना धक्का बसला नाही ते गोठले नाहीत, जे दर्शविते की प्रकाश विशिष्ट मेमरी पुन्हा सक्रिय करत आहे. डिसेरोथ हा अभ्यासाच्या लेखकांपैकी एक होता.

ऑप्टोजेनेटिक्सने मेंदू आणि मज्जासंस्था कशी कार्य करते हे तपासण्याच्या वैज्ञानिकांच्या क्षमतेत बदल केले आहेत. उपचार म्हणून त्याचे भविष्यही असू शकते. रेटिनल डिजेनेरेशन असलेल्या लोकांसाठी ऑप्टोजेनेटिक्स आधीपासूनच प्रारंभिक टप्प्यात क्लिनिकल चाचण्या आहेत. या चाचण्यांमध्ये, संशोधक मज्जातंतूंच्या पेशींमध्ये प्रकाश-संवेदनशील प्रथिनांचा परिचय करून देतात जे सामान्यपणे प्रकाश ओळखणाऱ्या पेशी – रॉड्स आणि शंकू – नष्ट झाल्यानंतर रेटिनामध्ये राहतात. यामुळे जिवंत पेशी प्रकाशाला प्रतिसाद देऊ शकतात आणि काही दृष्टी पुनर्संचयित करू शकतात.

पार्किन्सन्स आणि एपिलेप्सीसह न्यूरोलॉजिकल स्थितींवर उपचार करण्यासाठी ऑप्टोजेनेटिक्सचा वापर केला जाऊ शकतो का याचाही संशोधक तपास करत आहेत.

या वर्षीचे नोबेल पारितोषिक गूढ वाटेल अशा प्रश्नासह सुरू झालेल्या कार्याचा उत्सव साजरा करते: कसे करावे क्लॅमिडोमोनास प्रकाशाकडे पोहणे?

या प्रश्नाचे कोणतेही स्पष्ट व्यावहारिक महत्त्व नाही. हे मानवी आरोग्याच्या तातडीच्या गरजांना संबोधित करत नाही किंवा श्रीमंतीकडे जाण्याचा हा स्पष्ट मार्ग नाही. ऑप्टोजेनेटिक्सचे यश हे आपल्या सभोवतालचे जग समजून घेण्यासाठी प्रश्न विचारत राहण्याच्या महत्त्वाचे उदाहरण आहे कारण ज्ञान आपल्याला कुठे घेऊन जाईल हे सांगणे अशक्य आहे.