Rewolucja światłem pisana. Prof. Peter Hegemann i narodziny optogenetyki

Kim jest prof. Peter Hegemann?

Profesor Peter Hegemann to wybitny naukowiec związany z Instytutem Biologii Uniwersytetu Humboldta w Berlinie. Podczas studiów doktoranckich w Instytucie Maxa Plancka w Monachium badał aktywowane światłem pompy protonowe u bakterii. To jednak dzięki zielony glonom z gatunku Chlamydomas doszedł do przełomowych wyników, które z czasem doprowadziły do otrzymania Nagrody Nobla.

Przełom na miarę Nagrody Nobla

W naukowym świecie jednym z największych sukcesów jest otrzymanie Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Przyznawane są za odkrycia przynoszące największe korzyści dla ludzkości. Prof. Peter Hegemann przeprowadzając badania nad optogenetyką i aktywowanymi światłem kanałami jonowymi został doceniony przez grono naukowców, ponieważ jest to odkrycie, które wpływa na całą ludzkość. Jego wieloletnia praca i badania, to przykład tego, jak biologia fundamentalna może być narzędziem rewolucjonizującym współczesną medycynę.

Badania rozwijające naukę na całym świecie

Złożony i wieloletni proces badawczy rozpoczął się od fascynacji ruchem glonów względem światła. U profesora Hegemanna pojawiła się chęć zrozumienia jaki fotoreceptor odpowiada za uciekanie lub podążanie glonów w kierunku światła. Dzięki badaniom elektrofizjologicznym zespół odkrył prąd fotoreceptorowy w plamce ocznej glonu. Reakcja okazała się być znacznie szybsza niż odpowiedzi elektryczne w ludzkim oku czy oku muszki owocowej.

Badania były bardzo długim i wymagającym ogromnej cierpliwości procesem. Przez pierwsze dziesięć lat analizowano sam system, potem przez następne 10 lat identyfikowano odpowiedzialną za niego cząsteczkę. Finalnie, udowodniono, że kanał jonowy i fotoreceptor stanowią jedną, wspólną strukturę. To z kolei pozwoliło na potwierdzenie istnienia białek aktywowanych światłem kanałów jonowych. To był przełom, początek optogenetyki.

Wpływ optogenetyki na rozwój nauki i medycyny

Odkrycia prof. Hegemanna diametralnie poszerzyły horyzonty medycyny i neuronauki. Przede wszystkim, optogenetyka jest techniką znacznie mniej inwazyjną niż tradycyjne pomiary elektryczne. Po jednorazowym wprowadzeniu wirusa z genem do mózgu, ingerencja kończy się na samej stymulacji światłem. Metoda ta idealnie sprawdza się w organizmach modelowych, takich jak larwy danio pręgowanego, nicienie C. elegans, muszki owocowe czy myszy, ułatwiając badanie i śledzenie sieci neuronalnych. Im mniejsze zwierzę, tym skuteczniej można oświetlić jego cały układ nerwowy.

Udowodniono m.in. jak modyfikacja komórek kory przedczołowej oddziałuje na agresję, stany lękowe, emocje czy sen. Jednakże największe nadzieje wiąże się dziś z bezpośrednim leczeniem ludzi. Pierwsze, opublikowane w 2021 roku sukcesy opisują częściowe przywrócenie wzroku u pacjentów niewidomych. Dodatkowo trwają badania nad leczeniem głuchoty za pomocą światłoczułych białek, a także próby stworzenia innowacyjnych, "świetlnych" rozruszników serca, które mogłyby zastąpić te elektryczne.

Optogenetyka to metoda genetyczna i zanim zostanie powszechnie wdrożona do leczenia ludzi, naukowcy muszą w pełni udokumentować bezpieczeństwo stosowanych wektorów wirusowych oraz wykluczyć ryzyko niepożądanych reakcji immunologicznych.