optogenetik

Channelrhodopsin blev opdaget i Chlamydomonas, en encellet alge, i begyndelsen af 2000’erne af de tre tyske forskere Peter Hegemann, Ernst Bamberg (f. 1940) og Georg Nagel. Når denne alge belyses, reagerer den straks ved at svømme i retning af lyset. De identificerede det gen, der var ansvarligt for denne adfærd, og fandt, at genet, når det blev udtrykt i Xenopus-oocytter, kodede for en lysfølsom ionkanal, som reagerede ekstremt hurtigt, på mindre end 1 ms.

Få år senere opdagede de amerikanske forsker Karl Deisseroth og Ed Boyden (f. 1979), at nerveceller, der udtrykte channelrhodopsin, kunne aktiveres af lys og som respons generere aktionspotentialer. Denne metode, som i dag anvendes over hele verden, blev senere kaldt optogenetik. Peter Hegemann, Ernst Bamberg, Georg Nagel, Gero Miesenböck (f. 1965), Karl Deisseroth og Ed Boyden blev i 2013 tildelt The Brain Prize for deres opdagelser. Tre af dem, nemlig Karl Deisseroth, Peter Hegemann og Georg Nagel, blev i 2026 tildelt Nobelprisen i fysiologi/medicin for deres opdagelser.

Efter disse opdagelser er mange andre lysfølsomme proteiner blevet identificeret og videreudviklet, hvilket har gjort det muligt ikke blot at aktivere nerveceller med lys, men også at hæmme deres aktivitet. Ved at udtrykke disse proteiner i udvalgte grupper af nerveceller kan forskere undersøge, hvilken specifik rolle disse celler spiller for hjernens funktion og adfærd.

Optogenetik har for eksempel bidraget til at identificere populationer af nerveceller, der er involveret i reguleringen af overgangen mellem søvn og vågen tilstand, lagring og genkaldelse af specifikke hukommelser samt regulering af adfærd relateret til angst, belønning og aversion.

Der forskes i øjeblikket intensivt i at udvikle optogenetik til klinisk brug. En særlig lovende anvendelse er at genskabe synet hos personer med degenerative nethindesygdomme, såsom retinitis pigmentosa. Ved disse sygdomme degenererer nethindens lysfølsomme fotoreceptorer, stave og tappe, gradvist, mens andre nerveceller i nethinden kan forblive intakte.

Forskerne forsøger derfor at genskabe lysfølsomheden ved at introducere lysfølsomme proteiner i disse overlevende nethindeceller. I dyremodeller har denne metode genskabt reaktioner på lys og visse former for visuelt styret adfærd. Nyere, tidlige kliniske studier hos blinde eller svært synshæmmede personer med retinitis pigmentosa har vist, at optogenetiske behandlinger kan genskabe en vis grad af lysopfattelse og synsfunktion. Selvom resultaterne er lovende, er metoden stadig eksperimentel og kan endnu ikke genskabe normalt syn.

• opsiner
• aktionspotential
• kation
• nerveceller
• modtagere af Nobelprisen i fysiologi/medicin