οπτογενετική

Αν κάποιος σας έλεγε πριν από μερικά χρόνια, ότι η βιολογία θα μας έδινε τη δυνατότητα να μελετούμε τη λειτουργία των νευρώνων του εγκεφάλου ενεργοποιώντας ή αναστέλλοντας τη δραστηριότητά τους με φως, θα γελούσατε. Θα του στρέφατε την πλάτη, παίρνοντάς τον για ευφάνταστο ή υπερβολικά επηρεασμένο από ένα πρόσφατο μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας. Κι όμως, για τη συμβολή τους στην επινόηση και την ανάπτυξη αυτής της μεθοδολογίας, που ονομάζεται οπτογενετική, οι Peter Hegemann, Georg Nagel και Karl Deisseroth τιμήθηκαν φέτος με το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής.

Η αξία της οπτογενετικής είναι ότι μας επιτρέπει κάτι περισσότερο από τον εντοπισμό των νευρώνων που συμμετέχουν σε μια λειτουργία, όπως π.χ. η εκτέλεση μιας κίνησης, η ανάκληση μιας μνήμης ή η απόκριση σε ένα ευχάριστο ή επώδυνο ερέθισμα. Μας επιτρέπει να ελέγχουμε αν ένας νευρώνας –τον οποίο έχουμε ενεργοποιήσει ή απενεργοποιήσει με φως– δεν αποτελεί απλώς μέρος μιας λειτουργίας, αλλά αιτιώδη παράγοντα για την εκδήλωσή της. Έτσι βρισκόμαστε πλέον σε ευνοϊκότερη θέση, προκειμένου να κατανοήσουμε τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου, αλλά και επίσης: το τι ακριβώς έχει διαταραχτεί σε παθήσεις, όπως η κατάθλιψη, η επιληψία ή η νόσος του Πάρκινσον, ώστε να σχεδιάσουμε πιο στοχευμένες, και πιο αποτελεσματικές θεραπείες.

Εξίσου συναρπαστική, όμως, με τη σημασία της επινόησης είναι και η ιστορία της. Όπως συχνά συμβαίνει στην ιστορία των βιοεπιστημών, μια μέθοδος που κυριολεκτικά σώζει ζωές δεν είναι άμεσο προϊόν της εφηρμοσμένης έρευνας: ένα βακτήριο που ανακαλύφθηκε στις θερμοπηγές του Yellowstone το 1969, μια δεκαπενταετία μετά, οδήγησε στην αξιοποίηση ενός θερμοανθεκτικού ενζύμου του, σε μια από τις πλέον διαδεδομένες βιοϊατρικές τεχνικές (PCR). Ή η ανακάλυψη γονιδίων στη μύγα Drosophila, που –καθώς υπάρχουν και στον άνθρωπο– συμβάλλουν στην κατανόηση των μοριακών μηχανισμών οι οποίοι οδηγούν στη νόσο του Αλτσχάιμερ.

Το ίδιο ακριβώς συνέβη και με την οπτογενετική. Η σπουδαία αυτή μέθοδος δεν ξεκίνησε με την πρόθεση να επινοηθεί ένα νέο εργαλείο των νευροεπιστημών, ούτε πολύ περισσότερο να θεραπευτεί κάποια ασθένεια. Ξεκίνησε από ένα απ’ αυτά τα εκκεντρικά και για πολλούς αργόσχολα ερωτήματα που θέτουν στους εαυτούς τους οι βιολόγοι: από το πώς ένα ταπεινό μονοκύτταρο φύκος αντιλαμβάνεται και αντιδρά στο φως. Το φύκος[1] ονομάζεται Chlamydomonas reinhardtii και, χάρη στα μαστίγιά του, μπορεί άλλοτε να κατευθύνεται προς το φως κι άλλοτε να απομακρύνεται απ’ αυτό. Μεταξύ των ερευνητών που μελέτησαν το φαινόμενο αυτό ήσαν οι δυο από τους βιολόγους που τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ. Η έρευνα του Hegemann κι αργότερα του Nagel έδωσε, στις αρχές της δεκαετίας του 2000, τους πρώτους της καρπούς: στην κυτταρική μεμβράνη του φύκους υπάρχουν πρωτεΐνες, οι οποίες λειτουργούν ταυτόχρονα ως φωτοϋποδοχείς αλλά και ως δίαυλοι για τη διέλευση ιόντων. Όταν ο δίαυλος δέχεται φως ανοίγει. Τα ιόντα που εισέρχονται στο εσωτερικό του φύκους, μεταβάλλουν το ηλεκτρικό δυναμικό της κυτταρικής του μεμβράνης και, μέσω μιας αλυσίδας σημάτων, προκαλούν αλλαγή στον παλμό των μαστιγίων.

Το επόμενο ερώτημα που τέθηκε από τον Deisseroth –το τρίτο μέλος της τριάδας των επιστημόνων– ήταν αν θα μπορούσε τάχα ο εξειδικευμένος μοριακός μηχανισμός που είχαν ανακαλύψει οι δύο άλλοι να χρησιμοποιηθεί και από άλλα κύτταρα. Μαζί λοιπόν με τους συνεργάτες του πέτυχε να μεταφέρει το γονίδιο που κωδικοποιεί τη φωτοευαίσθητη πρωτεΐνη σε νευρικά κύτταρα θηλαστικών. Και το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: όταν τα γενετικώς τροποποιημένα κύτταρα φωτίζονταν με μπλε φως, ο δίαυλος της φωτοευαίσθητης πρωτεΐνης άνοιγε και επέτρεπε τη διέλευση ιόντων. Έτσι το δυναμικό της μεμβράνης τους μεταβαλλόταν και προκαλούσε την ενεργοποίησή τους. Το επίτευγμά τους –που δημοσιεύθηκε το 2005–, δύο χρόνια αργότερα, οδήγησε σε ένα άλλο: στην επιτυχή εφαρμογή της τεχνικής στον εγκέφαλο ενός ζωντανού ποντικιού ή, με άλλα λόγια, στη σύνταξη της ληξιαρχικής πράξης γεννήσεως μιας καινοτόμου μεθόδου που άνοιξε νέους δρόμους στην έρευνα των νευροεπιστημών.

Πράγματι, η μέθοδος, καθώς επιτρέπει στον ερευνητή να ενεργοποιεί κατά το δοκούν νευρικά κύτταρα για να διαπιστώσει αν συσχετίζονται απλώς ή αν συνδέονται αιτιωδώς με μια λειτουργία του εγκεφάλου, χρησιμοποιείται ήδη στη μελέτη πλήθους νευρωνικών κυκλωμάτων. Μεταξύ αυτών είναι τα κυκλώματα που σχετίζονται με τη μνήμη, με τα συναισθήματα, με την κίνηση, αλλά και με συμπεριφορές που συνδέονται με νευρολογικές και ψυχιατρικές παθήσεις.

Η σημασία της, ωστόσο, δεν περιορίζεται μόνον στην έρευνα. Η οπτογενετική έχει ήδη αρχίσει να εξετάζεται ως πιθανή θεραπευτική προσέγγιση σε πλήθος ασθενειών. Από την αποκατάσταση της όρασης και της ακοής ώς την αντιμετώπιση της επιληψίας, της νόσου του Πάρκινσον και ορισμένων ψυχιατρικών διαταραχών.

Τι συμπεράσματα λοιπόν θα μπορούσαμε να εξαγάγουμε από αυτήν την πρωτεΐνη, που από μοριακός μηχανισμός για τη διαβίωση ενός μονοκύτταρου φύκους έγινε εργαλείο διερεύνησης, για το πώς ο ανθρώπινος εγκέφαλος παράγει μνήμη, συναίσθημα και συμπεριφορά; Νομίζω δυο:

Το πρώτο: δεν υπάρχει καμιά απομακρυσμένη και περιφερειακή «γωνιά» του έμβιου κόσμου, αδιάφορη ή ελάσσονος σημασίας για τη βασική βιολογική έρευνα.

Και το δεύτερο: ότι η ενοποιητική αρχή της βιολογίας –η εξέλιξη– αποκαλύπτει δεσμούς και συνάφειες που, ακόμη και αν δεν φαίνεται να έχουν άμεσο πρακτικό ενδιαφέρον, έρχεται η στιγμή που το αποκτούν.