Zihinle Kontrol Edilen Genler!

Beyin genleri bilinçli bir şekilde kontrol ediyor! Bu fikir kulağa olması gerekenden daha acayip geliyor. Nihayetinde beyin-bilgisayar ara yüzleri, kablosuz güç ve optogenetik hâlihazırda var. Bunları birleştirmeyi daha önce kimse düşünmemişti, o kadar. Bu gözden kaçırmayı doğrulayan ETH Zürih'teki araştırmacılar, farklı zihinsel durumlara adapte olmak veya farklı düşünceler düşünmekten fazlasını yapmadan, insanlara gen ifadesini (hangi genlerdeki bilgilerin proteine çevrilip, ürüne dönüştürüleceğini) kontrol etme imkânı verecek bir sistem kurdular. 

Şimdiye kadar, bu sistem sadece hücre kültürü ve farelerde gen ifadesini kontrol etmede kullanıldı. Ama sistemin yaratıcıları, sibernetik ve sentetik biyolojinin birleşimini sunan bu zihinle kontrol edilen gen anahtarlarının, insanlarda gen ifadesini kontrol etmede kullanabilmek için geliştirilebileceği konusunda umutlu. Örneğin sistem, kronik baş ağrıları, sırt ağrısı ve epilepsi gibi nörolojik rahatsızlıklarla mücadele etmek için tasarlanabilir. Uygun zamandaki özel beyin dalgalarını belirledikten sonra, sistem tam ihtiyaç olduğunda tedavi edici ajanların oluşumunu tetikleyebilir. Araştırmacılar çalışmalarını 11 Kasım 2014'te Nature Communications dergisinde “Mind-controlled transgene expression by a wireless-powered optogenic designer cell implant” başlıklı makalelerinde anlattılar. Yazarlar şöyle anlatıyor: 

Elektroansefalografi (EEG) tabanlı bir beyin-bilgisayar ara yüzü (brain-computer interface, BCI) zihinsel duruma özgü beyin dalgaları programlarını, insan glikoproteini SEAP’ın (salgılanan alkalin fosfataz) kızılötesine yakın (near-infrared, NIR) ışıkla ayarlanabilir ifadesi için geliştirilmiş tasarımcı hücreler içeren, indüktif olarak bağlantılı ve kablosuz çalışan optogenetik bir implanta yönlendiriyor. BCI ile hedef, gen ifadesi arayüzü olan sentetik optogenetik sinyalleme yolu, sentetik interferon-ß promoterlerinin, interferon genlerine (STING) bağlı indüksiyon uyarıcılarını tetikleyen, ortogonal ikinci mesajcı, halkasal diguanozin monofosfat’ı (cyclic diguanosine monophosphate, c-di-GMP) üreten NIR ışıkla aktifleşen, tasarlanmış bir bakteriyel diguanilat siklaz’dan (diguanylate cyclase, DGCL) oluşmaktadır.

Daha anlaşılır hale getirecek olursak: bir kulaklık sensörü insan gönüllülerden birinin beyin dalgasını alıyor ve kablo olmadan bir bilgisayara EEG sinyallerini gönderiyor. Bilgisayar sinyal tipleri arasında bir alan jeneratörünü elektromanyetik alan (implantın içinde akıma indirgenmiş olan) oluşturması için yönlendirip yönlendirmeyeceğini belirlemek için ayrım ("biyogeribeslem kontrolü", "konsantrasyon" ve "dinlenme") yapıyor. Buraya kadar çok basit. Daha da ilginç olan, bundan sonra bir LED lamba içeren bu implantta ne olduğu...

LED lamba kızılötesine yakın aralıkta ışık yayıyor, genetik olarak modifiye edilmiş hücreler içeren bir kültür odasını aydınlatıyor. Kızılötesine yakın ışık hücreleri aydınlattığında, hücreler istenilen proteini üretmeye başlıyorlar.

Bu, gen anahtarı (gene-switch) sisteminin optogenetik kısmı. Eğer teknofobikseniz (teknolojiden korkan biriyseniz) hiç kuşkusuz biraz Rube Golberg'imsi görünebilir. Tabii ki, Biyosistemler Bölümü'nde, biyoteknoloji ve biyomühendislik profesörü Martin Fusseneggeri'n liderliği altındaki ETH Zürih araştırmacıları teknofobik değillerdi. Profesör Fussenegger; “Genleri bu yolla kontrol etmek tamamıyla yeni ve basitliğiyle eşsiz.” diye açıklıyor.

Işığa karşı duyarlı optogenetik parçanın kızılötesine yakın ışıkta tepki vermesi özel bir gelişme. Bu ışık, genetiksel olarak modifiye edilmiş hücrelerin içindeki ışığa karşı duyarlı modifiye bir proteini aydınlatıyor ve SEAPı'n üretimi ile sonuçlanan kademeli bir yapay sinyal dizisini tetikliyor. Kızılötesine yakın ışığın kullanım nedeni genellikle insan hücreleri için zararsız olması, dokunun derinliklerine kadar nüfuz edebilmesi ve implantın fonksiyonunun görsel olarak izlenmesine olanak vermesidir. Nature Communications'daki makalenin yazarları sözlerini şöyle bitiriyor:

Zihin-genetik arayüzleri, kalp ve beyin pilleri, koklear işitme yardımcıları, göz protezleri, insülin salan mikro pompalar ve biyonik eller ve ayaklar gibi elektronik-mekanik implantlara yeni bir boyut ekleyebilir. Uzak gelecekte, hastalar belki… spesifik zihinsel durumlar üretmeyi [ağrı kesici için ya da], kilitli sendrom programlama ya da hastalıkla ilgili beyin aktivitelerini (örneğin epilepsi, nörodejeneratif bozukluklar), [ihtiyaç olduğunda] düzinelerce ilaç protein üreten tedavi edici implantlar [vasıtasıyla] kapalı döngü kontrolü altına [yerleştirmeyi] öğrenebilirler.