Zihni Kontrol Eden Alg Proteini Körlüğe Çözüm Olabilir!

Kulağa tamamen çılgınca geliyor: Gelecek yıl itibarıyla bilim insanları gen terapisi sayesinde gözlere ek “ışık sensörleri” vererek görme yetisini kaybetmiş kişilere bu yeteneklerini geri kazandırmayı umuyor.

Söz konusu olan biyonik gözler değil: Bilim insanları, implante edilebilen elektronikler yerine kanalrodopsin-2 (channelrhodopsin-2) denen bir proteine başvuruyor. Muhtemelen bu proteini daha önce duymuşsunuzdur; ışığa yanıt olarak sakin bir fareyi asabi hale getiren, farelerdeki saplantılı temizlenme davranışına son veren ve bayıltılmış farelere sahte anılar yerleştiren hep bu aynı sihirli proteindir.

Peki zihni kontrol eden bir proteinin görmeyi geri kazandırmayla nasıl bir ilişkisi olabilir?

Sinirbilimde Değişimi Ateşleyen Proteinle Tanışın!

Cevap, kanalrodopsin-2 proteininin nasıl çalıştığında yatıyor. Protein, bodur yeşil alglerden (göletlerde bulunan bir tatlı su yosunu) elde ediliyor; bu algler proteini fotosentezde güneş ışığını algılamada kullanıyor.

Özünde, kanalrodopsin-2 hücrelerin yüzeyinde bulunan ışığa duyarlı bir protein tünelidir. Normalde, tünel tamamen kapalı bir durumda bulunuyor ve hücre içerisinde istikrarlı bir ortam yaratılmasını sağlıyor.

Ancak, belli bir dalga boyundaki ışık proteine çarptığında tünel geçici olarak, daha çok bir kamera lensi gibi çok kısa süreli açılır. Tünel açıkken protein bir otoban gibi davranır ve iyonları hücre içine nakleder; bu, bir nöronun faaliyetinin artmasına neden olan biyofiziksel sürecin aynısıdır.

Yaklaşık 10 yıl önce, sinirbilimciler proteini daha önce ışık geçirmez olan fare nöronlarına yapıştırabileceklerini fark ettiler. Gelişmiş genetik yöntemler kullanılarak beynin genelinden ziyade sadece belirli tip ve sayıdaki nöronlara proteinin uygulanması sağlandı.

Daha sonra araştırmacılar, implante edilmiş fiber optik lazerle ışık vererek yapay şekilde seçilmiş nöron ağını aktive edebildiler. Sonuçların bilimkurgudan farkı yok: Mesela bir ışık çakılıyor ve rutin işlerini yapan bir fare aniden korkutulmuş gibi olduğu yerde donuyor. Işık kapatıldığında ise fare, garip bir şey olduğunun farkında değilmişçesine normal tasasız durumuna geri dönüyor. İşte bu, “zihin kontrolü” kısmı.

Bilim insanları bu yeni güçlü tekniğe optogenetik adını verdiler ve dünya çapındaki yüzlerce, belki de binlerce laboratuvar artık beyindeki karmaşık nöral bağlantıların araştırılmasında bu tekniği kullanıyor.

İnsan Gözüne Yedek Donanım Eklemek...

Kanalrodopsin-2’nin beyin-büken güçleri o kadar hayranlık uyandırıcı ki proteinin basit doğasını unutmamız çok olası: Işığı algılayan protein, bu bilgiyi elektrik yoluyla daha yüksek seviyedeki işlemlerin yapıldığı merkezlere iletiyor.

Genel olarak, insan gözleri benzer şekilde çalışır. Işık göz bebeklerimiz boyunca ilerleyip retina arkasına düşerek fotoreseptör denen ve çubuklar ve koniler şeklinde olan, ışığa duyarlı proteinleri aktive eder. Fotoreseptörler, ışık bilgisini elektrik sinyallerini işleyen ve beynin görsel alanlarına gönderen iki filtre tabakası, gangliyon (sinir düğümü) ve bipolar (iki kutuplu) hücreler, arasından iletir.

Pigmenter retinopati veya makula dejenerasyonu gibi çoğu göz hastalığında, çubuklar ve koniler yavaş yavaş ölür. Bu durum görüşte sürekli ilerleyen aksamaya ve sonunda her dört hastadan birinde, tedavisi mümkün olmayan, görme kaybına yol açar.

Bunlar iç karartıcı, acımasız hastalıklardır; ancak yine de bir umut ışığı barındırırlar: Bu hastalıklarda gangliyon ve bipolar hücreleri bozulmamış halde kalır ve beyinle iletişim kurmaya devam edebilirler.

Bariz tedavi, gen terapisi kullanarak insan bünyesinden malzemeleri retinaya geri tanıtmak olurdu. Ancak, henüz ışığa duyarlı proteinlerimizin mühendisliği oldukça zor. Normal işlevlerini yerine getirmeleri için, diğer destekleyici proteinlerle iyice bağlanmaları gerekiyor. Bu, bilim insanlarının birçok geni retinaya doğru oran ve seviyede yerleştirmesi demek olurdu ki şu an için imkansız bir beceri.

Öte yandan, kanalrodopsin-2 tamamen kendi başına çalışıyor. Wayne Eyalet Üniversitesinde araştırmacı olan Dr. Zhou Hua Pan, 2006 yılında, genetik olarak fotoreseptör dejenerasyonu hastası edilen farelere bu proteini yerleştirmeye karar verdi. İlk deneme başarılı oldu; tek yerleştirmeden sonraki üç ay içinde fareler, bilim insanlarınca tabi tutuldukları bütün görme testlerini geçti. Pan, Wired’a yaptığı açıklamada şöyle diyordu:

“Mükemmel çalıştı, daha en başında bile. Aslına bakılırsa bu sadece şanstı.”

Pan’in başarısı biyoteknoloji endüstrisinin gözünden kaçmadı. 2009 yılında, Wayne State’e yakın bir yerde bulunan yeni bir şirket, RetroSense Therapeutics, göz-bağlantılama teknolojisini insan deneylerinde kullanmak üzere Pan’den kiraladı. Geçen ay, FDA (U.S. Food and Drug Administration, Amerikan Gıda ve İlaç İdaresi) proje onayını verdi: 2015 sonbaharı itibarıyla, şirket pigmenter retinopati nedeniyle görme yetisini yitirmiş 15 hastaya kanalrodopsin-2’yi gen terapisi ile yükleyecek.

Şirket, çalışmalarını hastalığın ileri safhalarında bile hala bozulmamış durumda bulunan retinal gangliyon hücreleri üzerinde yoğunlaştırıyor. Özünde, bilim insanları, bu “aracılar”a ışığı algılama yetisi kazandırarak çubuk ve konilere olan ihtiyacı alt etmeyi umut ediyorlar.

Renge Giden Uzun Bir Yol

Açık olmak gerekirse, ne kadar umut vaat etse de, alg proteini insan görüşünü tüm renkli canlılığına kavuşturamaz.

Uzun evrim süreciyle optimize olmuş gözümüzdeki fotoreseptörler, geniş bir aralıktaki ışık yoğunluğu ve dalga boyunda çalışırlar; çivit mavisi gökyüzünde yanıp sönen soluk bir yıldız ışığından beyaz sıcak kumların üstünde ışıl ışıl parlayan güneş ışığına ve aradaki tüm renklere kadar her şeyi görür olduk.

Fakat bunun aksine, kanalrodopsin-2 ile manzara tek renkli sönük bir renge boyanır. Protein bizim retina konilerimize göre ışığa karşı 2.000 kat daha az duyarlıdır. Sadece çok dar bir ışık dalga boyu aralığına, dolayısıyla renge, tepki verir ki bu, bizim normal görüşümüzden dağlar kadar farklıdır. Bir bakıma, çubuk ve konilerden kanalrodopsin-2’ye geçmek pahalı bir 20-vitesli yol bisikletinden sabit dişli bisiklete geçmek gibidir. Çalışır, ama en uygun olanı değildir.

Gangliyon hücreleri de normalde ışıkla ilgilenmezler, genelde çubuk ve konilerden gelen elektrik sinyallerini işlerler. Ham ışık sinyallerinin, fotoreseptörlerde önceden işlenerek gelen elektrik sinyalleri kadar iyi çalışacağı da hala belli değildir. Eğer gen terapisi kanalrodopsin-2’yi başarılı bir şekilde bu hücrelere gönderirse beyin, bu yeni farklı sinyalleri yorumlamadan önce nöron bağlantılarını ciddi şekilde yenilemek zorunda kalacaktır.

Bu zorluklara rağmen, söz konusu terapi tüm ezberleri bozabilir. On yıl önce, kanalrodopsin-2 sinirbilimin görünen yüzünü çarpıcı şekilde değiştirdi; şimdi bir başka devrimi daha ateşlemesi umudu var.