Hur optogenetik revolutionerar hjärnforskningen

Hur är det möjligt att styra nervceller i en levande hjärna med ljus?

I centrum för årets pris står ett ljuskänsligt protein vid namn channelrhodopsin-2, som upptäcktes av Peter Hegemann i början av 1990-talet i en sorts alg (Chlamydomonas) som kan känna av ljus med sin ögonfläck. När ljuset är lagom starkt, simmar algen mot ljuset. Det visade sig att det ljuskänsliga proteinet fungerar som en jonkanal. Det sitter i cellmembranet och när det träffas av ljus öppnar sig proteinet och släpper in joner i cellerna. Georg Nagel identifierade genen för det ljuskänsliga proteinet och när psykiatern Karl Deisseroth satte in den i nervceller som han odlade i en skål och utsatte dem för blått ljus, reagerade de direkt. Ljuset frammanade en nervsignal som överfördes till andra nervceller. År 2007 lyckades Karl Deisseroth aktivera nervcellerna hos levande möss. På så sätt kunde de styra rörelserna i mössens morrhår.

Hur hjälper det oss att förstå hjärnan?

Det finurliga är att genen för proteinet (den ljuskänsliga jonkanalen) kan överföras till enskilda nervceller i en levande hjärna med hjälp av ett virus. Viruset för in genen i cellerna som sedan börjar tillverka proteinet, vilket öppnar upp för att studera hjärnan på ett helt nytt sätt. Exempelvis kan man stimulera vissa nervceller i hjärnan och se om det skapar ett visst beteende. Som sömn och vakenhet. Det fanns tidigare en hypotes att nervceller i en viss del av hjärnan, hypotalamus, styr vakenhet. Att det är de som gör att vi vaknar upp. Så det man gjorde var att man satte in jonkanaler i de här cellerna och belyste dem, och då vaknade djuren.

På vilket sätt kan upptäckterna lindra sjukdom och lidande?

Metoden är främst ett verktyg som ökar vår förståelse för hur hjärnan fungerar. Både om hjärnans normala funktioner och om de mekanismer som finns bakom sjukdomar. Visserligen bara i modeller, som möss, men mushjärnan är väldigt lik vår egen hjärna. Enligt professor Sten Linnarsson, vice ordförande i Nobelkommittén, som utser pristagarna, har optogenetiken lärt oss mycket om hur minnen formas i hjärnan, vilket är relevant för sjukdomar där man har problem med minnet, som demens. Exempel på andra sjukdomar där optogenetiken kan komma att få stor betydelse för vår förståelse av dem är parkinson, missbruk, depression, schizofreni, autism och ångest.