ما هي الأوبتوجينيتيك؟

يشرح الدكتور بابلو باريتشيغورين ما هي تقنية التحكم الضوئي الجيني، نتائجها قبل السريرية والتحديات التقنية والأخلاقية لهذه التقنية.

من بين كل التقنيات التي طُورت في علم الأعصاب خلال السنوات الأخيرة، ربما أصبحت تقنية التحكم الضوئي الجيني هي الأسرع في الاعتياد كأداة عمل في المختبرات.

حماسة استخدامها وصلت إلى حد أن النتائج قبل السريرية اللافتة بدأت تظهر. على سبيل المثال، حتى اليوم يتم تحليل استخدامها كعلاج في معالجة مشاكل الرؤية ذات الأصل العصبي ومواصلةً مع الحواس، فقد تمكن الباحثون بالفعل من تطوير في القوارض أنظمة تسمح باستعادة جزء من السمع باستخدام هذا النوع من التكنولوجيا كخيار بديل محتمل لزراعات القوقعة الحالية. على الرغم من كونها قبل سريرية ومتواضعة، فهذه نتائج كبيرة إذا أخذنا في الحسبان حداثة هذه التقنية، لكن… ما بالضبط هو التحكم الضوئي الجيني؟

ما هو بالضبط التحكم الضوئي الجيني

تعتمد تقنية التحكم الضوئي الجيني على استخدام قنوات ومضخات أيونية حساسة للضوء (الأوبسينات) لتنشيط أو تثبيط الخلايا العصبية، مما يسمح بالتلاعب داخل الكائن الحي بالنشاط العصبي. مع ذلك، يجب أن نضع في الاعتبار أن وجود الأوبسينات يتحقق من خلال الهندسة الوراثية، ويمكن تطبيق أحد خيارين مختلفين:

1. حقن ناقلات فيروسية في الكائنات البالغة. في هذه الحالة تُنتَج جزيئات فيروسية تحمل الأوبسينات، تُحقَن الفيروسات مباشرة في منطقة الدماغ التي نريد تطبيق التحكم الضوئي الجيني فيها، تُصبِح الفيروسات معدية للخلايا العصبية وتبدأ هذه الخلايا في إنتاج الأوبسينات;
2. إنشاء مباشر لحيوانات معدلة وراثيًا تُعبّر عن الأوبسينات في مناطق محددة من الدماغ أو حقن ناقلات فيروسية داخل الرحم في دماغ الكائنات النموذجية.

الأبحاث

بحسب مجال البحث تُستخدم استراتيجية أو أخرى في كائن نموذجي، وغالبًا ما تكون الفئران. ولكن في كلتا الحالتين، النتيجة أن لدينا كائنًا حيًا يحمل أوبسينات في خلاياه العصبية. ونتيجةً لذلك، إذا تم تحفيز تلك الخلايا بالضوء، ستتفاعل الأوبسينات محدثةً تنشيطًا أو تثبيطًا للخلايا العصبية اعتمادًا على التعديلات التي أجريناها. وبما أنه من الممكن أن نكون دقيقين جدًا عند اختيار أي الخلايا العصبية تُعبّر عن الأوبسين وأيها لا، فالنتيجة أننا نستطيع تنظيم نشاط مسارات عصبية محددة حسب الإرادة.

هذا أمر محوري لتحديد وظيفة كل شبكة عصبية. على سبيل المثال، إذا شككنا أن تنشيط خلايا عصبية معينة يزيد الشهية، فيمكننا إنتاج فأر يحتوي على أوبسينات في تلك الخلايا، تحفيز هذه الخلايا بالضوء وملاحظة ما إذا كان الفأر يستهلك سعرات حرارية أكثر. بل إن النظام يعمل حرفيًا كمفتاح تشغيل/إيقاف، لذلك يمكننا إطفاء أو تشغيل تلك الخلايا متى شئنا بينما نراقب كيف يتغير، أو لا يتغير، سلوك الحيوان في الزمن الحقيقي.

هذا جعل التحكم الضوئي الجيني أقوى أداة لدراسات السلوك، لكن إمكاناته تمتد أيضًا إلى دراسة تطور الدماغ، إذ يمكننا إحداث تغييرات في النشاط العصبي ثم تحليل ما إذا كانت تلك التغييرات تُعدّل تطور الجهاز العصبي أم لا.

تحديات التحكم الضوئي الجيني

ومع ذلك، من المهم دائمًا التذكير بأنها لا تزال بحثًا حيويًا-طبيًا أساسيًا، ويجب أن تتجاوز العديد من التحديات قبل أن تُستخدم في العيادات. هذان هما عقبتان رئيسيتان:

1. عادةً ما يتم تحفيز الخلايا بالضوء عبر زرع جهاز داخل الجمجمة. هذا، رغم أنه ممكن جراحيًا، عامل يجب أخذه بعين الاعتبار بشدة إذا كنا نتحدث عن استخدام محتمل في البشر.
2. لكي تعمل التقنية من الضروري التلاعب وراثيًا في الكائن. حتى اليوم أصبح ممكنًا إنشاء رئيسيات غير بشرية معدلة وراثيًا، رغم أنها نادرة للغاية واستخدامها أعقد بكثير من استخدام نماذج حيوانية أخرى. لكن حتى عندما تُحل المشاكل التقنية، فلن يُزيل ذلك الصراع الأخلاقي المتمثل في ضرورة استخدام الهندسة الوراثية في البشر لتطبيق التحكم الضوئي الجيني في المجال الطبي.

من الواضح أن التحديات التقنية والأخلاقية التي تطرحها تقنية التحكم الضوئي الجيني تقابل إمكاناتها الكبيرة في مجال علم الأعصاب، لذا فهي تقنية يجب متابعتها باهتمام خاص خلال السنوات القادمة.

المراجع

• Deubner, J., Coulon, P., & Diester, I. (2019). Optogenetic approaches to study the mammalian brain. Current Opinion in Structural Biology, 57(1), 157–163.
• Galvan, A., Stauffer, W. R., Acker, L., El-Shamayleh, Y., Inoue, K., Ohayon, S., & Schmid, M. C. (2017). Nonhuman Primate Optogenetics: Recent Advances and Future Directions. The Journal of Neuroscience, 37(45), 10894–10903.
• Keppeler, D., Vogl, C., Dieter, A., Moser, T., Huet, A., Jeschke, M., … Duque-Afonso, C. J. (2018). Optogenetic stimulation of cochlear neurons activates the auditory pathway and restores auditory-driven behavior in deaf adult gerbils. Science Translational Medicine, 10(449), eaao0540.
• Roska, B., & Sahel, J.-A. (2018). Restoring vision. Nature, 557, 359-367.

إذا أعجبك مقال التحكم الضوئي الجيني للدكتور بابلو باريتشيغورين، فقد تكون مهتمًا أيضًا بقراءة مقالات أخرى له منشورة:

“تمت ترجمة هذا المقال. رابط المقال الأصلي باللغة الإسبانية:”
¿Qué es la optogenética?