Vihreä ihme: Miten levä avasi oven ihmisaivojen salaisuuksiin

Jos olisit kertonut minulle muutama vuosi sitten, että avain ihmisaivojen arvoitusten ratkaisemiseen löytyy pienestä, uimasta vihreästä levästä, olisin luultavasti nauranut. Tiede on kuitenkin erikoisen hauskaa: se löytää vastaukset paikoista, joihin emme osanneet edes katsoa.

Tänä vuonna fysiikan ja lääketieteen Nobel-palkinto myönnettiin kolmelle tutkijalle – Karl Deisseroth, Peter Hegemann ja Georg Nagel – heidän kehittäessään optogenetiikan. Nimi kuulostaa scifi-elokuvalta, mutta kyseessä on todellinen teknologia, joka muuttaa kaiken.

Kaikki alkoi pienestä vihreästä kaverista

Kaikki ei alkanut huipputeknisestä aivosalasta, vaan yksisoluisesta organismista nimeltä Chlamydomonas.

Tämä pieni otus tarvitsee valoa selviytyäkseen, mutta sillä ei ole silmiä. Sen sijaan sillä on erikoisia proteiineja, joita kutsutaan kanavarodopsiineiksi. Kuvittele ne pieniksi, valolle herkiksi portiksi, jotka sijaitsevat solun pinnalla. Kun valo osuu näihin portteihin, ne aukeavat ja päästävät solun sisään sähköisesti varautuneita hiukkasia. Tämä sähköinen rynnistys kertoo levälle: "Hei, valoa on tuolla suunnassa! Ala uida!"

Valokytkin aivoihin

Tässä kohtaa tarina muuttuu todella mielenkiintoiseksi. Myös meidän hermosolumme toimivat samalla periaatteella. Ne viestivät toisilleen sähköisillä signaaleilla, jotka ovat pohjimmiltaan hiukkasten liikettä.

Tutkijat tajusivat jotain nerokasta: Mitä jos voisimme siirtää levän "valoportit" ihmisen hermosoluun?

Käyttämällä apuna vaatimatonta virusta tutkijat saivat levän geenin siirrettyä suoraan haluttuihin hermosoluihin. Näin soluista tehtiin valolle herkkiä kytkimiä. Kun soluihin kohdistetaan valoa, ne aktivoituvat. Kun valo poistuu, solut rauhoittuvat.

Miksi tämä on niin merkittävää?

Ennen optogenetiikkaa aivojen tutkiminen oli kuin yrittäisi ymmärtää täpötäyttä stadionia kuuntelemalla yleisön jylinää stadionin ulkopuolelta. Tiesit, että jotain tapahtuu, mutta et voinut erottaa, mikä tietty ryhmä ihmisistä huusi tai taputti.

Optogenetiikan avulla tutkijat voivat olla äärimmäisen tarkkoja. He voivat valita juuri ne hermosolut, jotka vastaavat esimerkiksi muistista, unesta tai pelosta, ja kytkeä ne päälle tai pois.

Yhdessä hätkähdyttävässä kokeessa tutkijat onnistuivat "toistamaan" hiiren muiston. Kun hiirelle annettiin pieni sähköisku, tiettyjen hermosolujen aktiivisuus tallentui. Kun tutkijat myöhemmin loistivat valoa juuri näille samoille soluille, hiiri koki muiston uudelleen ja jähmettyi pelkoon – vaikka sille ei tapahtunut mitään!

Tulevaisuus: Aivojen parantaminen

Vaikka tekniikka on tällä hetkellä pääasiassa tutkimuskäytössä, sen todelliset sovellukset ovat vieläkin jännittävämpiä.

Olemme jo näkemässä kliinisiä kokeita, joissa teknologiaa käytetään näkövammaisten auttamiseen. Viemällä valolle herkkiä proteiineja verkkokalvon terveisiin soluihin, tutkijat ovat löytäneet keinoja palauttaa näköä.

Tulevaisuudessa toiveet ovat suuret: tämä voisi olla avain Parkinsonin taudin tai epilepsian kaltaisten sairauksien hoitoon. Emme vain tarkkaile aivoja, vaan opimme keskustelemaan niiden kanssa.

On huikeaa ajatella, että kysymys "Miten tuo pieni vihreä piste uisikin?" voi johtaa koko lääketieteen vallankumoukseen.