2026 Nobel Tıp Ödülü, nöronları ışıkla çalıştıran alg proteinine gitti

Tek hücreli bir gölet algini ışığa doğru yüzmeye yardımcı olan bir protein, bilim insanlarının artık bir tür beyin hücresini mavi bir ışık parlamasıyla açıp kapatabilmesinin sebebidir. Karolinska Enstitüsü’ndeki Nobel Meclisi, bu proteini bulan ve onu bir araca dönüştüren üç araştırmacıya Fizyoloji veya Tıp ödülünü verdi: Stanford Üniversitesi ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nden Karl Deisseroth, Berlin Humboldt Üniversitesi’nden Peter Hegemann ve Würzburg Üniversitesi’nden Georg Nagel.

Yöntemin adı optogenetik ve beyin araştırmalarının kanıtlayabileceklerini değiştirdi. Nörobilimciler korku veya açlık sırasında hangi bölgelerin aktif hale geldiğini zaten görebiliyordu, ancak belirli bir nöron türünün bu duyguya neden olduğunu nadiren gösterebiliyorlardı. Optogenetik ile bu hücreleri canlı bir hayvanda açıp davranışın ortaya çıkışını izleyebilir veya kapatıp durduğunu görebilirler. Laboratuvarlar o zamandan beri bunu hafıza, acı, susuzluk, uyku ve sosyal davranış devrelerini bulmak için kullandı ve şimdi bir körlük türü için tedavi olarak test ediliyor.

Komite üçünü ‘ışıkla kontrol edilen iyon kanalları ve optogenetik ile ilgili keşifleri nedeniyle’ ödüllendirdi. 12 milyon İsveç kronunu eşit olarak paylaşacaklar. ‘Optogenetik, bir zamanlar ancak hayal edebileceğimiz şekilde beyni haritalama fırsatları sunuyor,’ dedi Nobel Fizyoloji veya Tıp Komitesi Başkanı Per Svenningsson.

Gözünüzden 20 Kat Daha Hızlı Tepki Veren Bir Alg

Hikaye, tek hücreden oluşan yeşil bir alg olan Chlamydomonas ile başlıyor. Bir tabağa karıştırın, bir tarafı aydınlatın ve soluk yeşil renk lambaya doğru sürüklenir. Alg, ışığı, kendi gözlerimizde bulunan aynı ışık yakalayıcı molekül olan retinali içeren küçük turuncu bir nokta olan göz lekesi aracılığıyla algılar.

O dönem Martinsried’deki Max Planck Biyokimya Enstitüsü’nde olan Hegemann, ince elektrotlarla göz lekesini ölçtü ve ışığın gelmesinden yarım milisaniye sonra bir elektriksel uyarı buldu. İnsan gözünde ışık, bir iyon kanalı açılmadan önce bir dizi kimyasal adımı başlatır ve tüm süreç en az 10 milisaniye sürer. Alg yirmi kattan daha hızlıydı.

Hegemann’ın açıklaması basitti: Bir proteinin her iki işi de yapması gerekiyordu, ışığı yakalamak ve yüklü parçacıklar için bir gözenek açmak. Meslektaşları bundan şüphe etti, çünkü bilinen hiçbir iyon kanalı kendi başına ışığa tepki vermiyordu. Ekibi proteini göz lekesinden çıkarmaya çalıştığında parçalandı ve fikir yıllarca rafa kalktı.

Nasıl Yaptılar

Atılım, Japon araştırmacıların Chlamydomonas’tan genetik dizileri yayınlamasıyla geldi. Hegemann’ın grubu, bilinen ışık yakalayıcı proteinlere benzeyen iki gen buldu ve bunları Frankfurt’taki Max Planck Biyofizik Enstitüsü’ndeki Nagel’e gönderdi.

Nagel her geni kurbağa yumurtalarına enjekte etti; bu, bir yumurtayı yabancı bir protein için fabrikaya dönüştüren standart bir numaradır. Proteinler yumurtaların yüzeyine yerleşti ve Nagel üzerlerine ışık tuttuğunda açıldılar. Pozitif yüklü iyonlar içinden geçerek bir elektrik akımı oluşturdu. Hegemann’ın hipotezi doğruydu. Ekip iki proteine channelrhodopsin-1 ve channelrhodopsin-2 adını verdi ve ikincisi bir ışık darbesinden sonra 0,2 milisaniye içinde açıldı.

İnsan embriyonik böbrek hücrelerinde ve hamster hücrelerinde, channelrhodopsin-2 de ışık altında elektrik sinyalleri üretti. Protein taşınabilir bir anahtar gibi davrandı: geni taşıyan herhangi bir hücre ışığa yanıt verecekti.

Deisseroth tam da bunu arıyordu. Bir psikiyatrist olarak eğitim almıştı ve klinik çalışmaları sırasında mevcut tedavilerin depresyon veya şizofreni hastalarına ne kadar az yardımcı olduğu karşısında şaşkına dönmüştü; devreleri ince doku dilimleri yerine canlı bir beyinde incelemek istiyordu. Nagel’e channelrhodopsin-2 genini isteyen bir mektup yazdı, geni bir tabakta büyüyen sıçan nöronlarına yerleştirdi ve onları mavi ışığa maruz bıraktı. Nöronlar komut üzerine ateşlendi ve sinyal komşu hücrelere geçti.

Grubu daha sonra geni canlı farelerin motor korteksindeki bir hücre tipine iletti ve kafatasındaki küçük bir delikten ince bir optik fiber geçirdi. Işık darbeleri hayvanların bıyıklarını hareket ettirmesine neden oldu. Başka bir deneyde, uyanıklık devresi olduğu düşünülen bir bölgeye yönlendirilen ışık, uyuyan fareleri uyandırdı.

Işık Neden Elektrotları ve İlaçları Yendi

Bir elektrot, tipi ne olursa olsun ucuna yakın her nöronu uyarır. Bir ilaç dokuya yayılır ve dakikalar içinde etki eder. Optogenetik aynı anda iki şekilde hassastır. Gen yalnızca seçilen bir hücre tipine gider ve ışık bu hücreleri milisaniyeler içinde değiştirerek gerçek sinir sinyallerinin hızına uyar. DNA’nın çift sarmalı için Nobel Ödülü’nü paylaşan Francis Crick, fikrin abartılı göründüğünü kabul ederken, ışığın tek nöronları kontrol etmek için ideal yol olacağını öne sürmüştü.

Hassasiyet ölçek nedeniyle önemlidir. Yetişkin bir insan beyni, her biri binlerce başka nörona bağlı yaklaşık 90 milyar sinir hücresi barındırır ve ilgisiz işlere sahip nöronlar birbirine dolanmış halde bulunur. Nobel ödüllü Susumu Tonegawa ile çalışan Deisseroth’un ekibi, farelerde bir korku anısını depolayan belirli hücreleri yeniden etkinleştirdi ve hayvanlar, hiçbir şeyin onları tehdit etmediği bir yerde korku gösterdi. Diğer gruplar susuzluk, dikkat ve ateş devrelerini haritaladı, yavruları bir yuvada toplamak ve onları tımarlamak işlemlerinin farelerde ayrı devreler üzerinde yürüdüğünü buldu ve daha hızlı atmaya zorlanan bir kalbin kaygıyı yoğunlaştırabileceğini gösterdi.

Ödülün Çözmediği Şeyler

Optogenetik hala esas olarak bir araştırma aracıdır, bir tedavi değil. İnsanlarda kullanmak, genellikle modifiye edilmiş bir virüsle insan hücrelerine yabancı bir gen yerleştirmek ve ışığı dokuya derinlemesine ulaştırmak anlamına gelir; bu da beyinde bir implant gerektirir. Hiçbir adım hastalarda rutin değildir ve insan nöronlarında bir alg proteini taşımanın uzun vadeli güvenliği henüz belirlenmemiştir.

En net insan sonucu dardır. 40 yıldır retinitis pigmentosa nedeniyle kör olan bir adam, bir gözüne channelrhodopsin geni ve retinaya ışık darbeleri yansıtan gözlük aldı. 2021’de Nature Medicine’de yayınlanan bir vaka raporuna göre, bir masadaki nesneleri bulup sayabilecek kadar görme yetisini geri kazandı. Bir hasta, tedavinin geniş çapta işe yaradığına dair kanıt değil, bir prensip kanıtıdır ve denemeler hala devam etmektedir.

Ödül aynı zamanda kalabalık bir alana bir çizgi çekiyor. Nobel kuralları, her ödül için en fazla üç ödül sahibine izin veriyor. Nöronları ilk kez channelrhodopsin-2 ile değiştiren 2005 tarihli makale, Deisseroth’un laboratuvarında, ilk yazar Edward Boyden ve ortak yazarlar Feng Zhang ile biyofizikçi Ernst Bamberg tarafından yazıldı. Oxford’daki Gero Miesenböck, daha önce farklı bir ışığa duyarlı sistem kullanarak nöronların ışığa tepki olarak ateşlenmesini sağlamıştı. Bamberg, Boyden ve Miesenböck, 2013 Beyin Ödülü’nü bu yılın üç ödül sahibiyle paylaştı, ancak Nobel’in bir parçası değiller.

Bir Kurbağa Yumurtasından Stockholm’e

Ödüle giden yol bir avuç makaleden geçti. Nagel, Hegemann ve meslektaşları, 2002’de Science’da channelrhodopsin-1’i ve 2003’te PNAS’ta channelrhodopsin-2’yi tanımladı. Deisseroth’un grubu, 2005’te Nature Neuroscience’da ışıkla kontrol edilen nöronları bildirdi, yöntem 2006’da adını aldı ve canlı bir fare beyni içindeki nöronların ilk kontrolü 2007’de geldi. Tonegawa ile korku hafızası deneyi 2012’de yapıldı.

2026 Nobel Tıp Ödülü Hakkında Sık Sorulan Sorular

2026 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü kim kazandı?

Stanford Üniversitesi ve Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nden Karl Deisseroth, Berlin Humboldt Üniversitesi’nden Peter Hegemann ve Würzburg Üniversitesi’nden Georg Nagel. Işıkla kontrol edilen iyon kanalları ve optogenetik ile ilgili keşifleri nedeniyle onurlandırıldılar ve 12 milyon İsveç kronunu eşit olarak paylaşıyorlar.

Optogenetik basitçe nedir?

Seçilen sinir hücrelerini ışıkla kontrol etmenin bir yoludur. Araştırmacılar, channelrhodopsin gibi ışığa duyarlı bir protein için bir geni bir nöron türüne ekler. Doğru renkte ışık tutmak, bu hücreleri milisaniyeler içinde açar veya kapatır, bu da bilim insanlarının her hücre tipinin ne yaptığını test etmesini sağlar.

Optogenetik hastaları tedavi etmek için kullanılıyor mu?

Henüz onaylanmış bir tedavi olarak değil. Klinik deneyler, retinitis pigmentosa nedeniyle kör olan kişilerde kısmi görmeyi geri kazandırmak için test ediyor ve tedavi edilen bir hasta, özel gözlüklerle nesneleri bulma ve sayma yeteneğini geri kazandı. Araştırmacılar ayrıca koklear implantları elektriksel uyarımdan daha hassas hale getirebileceğini umuyor.

Üç ödül sahibi, madalyalarını ve diplomalarını 10 Aralık’ta Stockholm’deki Nobel Ödülü töreninde alacak. Her şeyi başlatan alg, hâlâ gölet suyunda ışığa doğru yüzüyor ve göz lekesindeki protein artık dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlarda komutla açılıyor.

Reference: Nagel et al., “Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel,” PNAS, 2003. DOI: 10.1073/pnas.1936192100. Boyden et al., “Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity,” Nature Neuroscience, 2005. DOI: 10.1038/nn1525

Etiketler: Nobel Ödülü, channelrhodopsin, Georg Nagel, Karl Deisseroth, optogenetik, Peter Hegemann