ما هو التحكم الضوئي الجيني (الأوبتوجينيتيك)؟

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

من بين جميع التقنيات التي طُوِّرت في علوم الأعصاب خلال السنوات الأخيرة، من المؤكد أن التحكم الضوئي الجيني هو الأكثر سرعة في التأسيس كأداة عمل في المختبرات.

استخدامها واسع لدرجة أنه قد بدأت بالفعل تظهر نتائج قبل سريرية لافتة. على سبيل المثال، في الوقت الحالي يُجرى تحليل استخدامها كعلاج لمشكلات الرؤية ذات الأصل العصبي وبالانتقال إلى الحواس، فقد تَمكّن الباحثون من تطوير أنظمة في القوارض تسمح باستعادة جزء من السمع باستخدام هذا النوع من التكنولوجيا كخيار بديل محتمل لزرعات القوقعة الحالية. وعلى الرغم من طابعها قبل السريري وتواضعها، فهذه نتائج كبيرة إذا أخذنا في الحسبان حداثة هذه التقنية، لكن… ما هي بالضبط تقنية التحكم الضوئي الجيني؟

ما هي بالضبط تقنية التحكم الضوئي الجيني

تقوم تقنية التحكم الضوئي الجيني على استخدام قنوات ومضخات أيونية حساسة للضوء (الأوبسينات) لتنشيط أو تثبيط الخلايا العصبية، ما يسمح بالتلاعب بالنشاط العصبي in vivo. مع ذلك، يجب مراعاة أن وجود الأوبسينات يُتحقق عن طريق الهندسة الوراثية، ويمكن اتباع نسختين مختلفتين:

1. حقن ناقلات فيروسية في كائنات بالغة. في هذه الحالة تُنتَج جسيمات فيروسية تحمل الأوبسينات، تُحقن الفيروسات مباشرة في المنطقة من الدماغ التي نرغب بتطبيق التحكم الضوئي الجيني عليها، تُصيب الفيروسات الخلايا العصبية وتبدأ هذه الخلايا بإنتاج الأوبسينات؛
2. إنشاء حيوانات معدّلة وراثيًا مباشرة تُعبّر عن الأوبسينات في مناطق محددة من الدماغ أو حقن ناقلات فيروسية في الرحم في دماغ كائنات نموذجية.

الأبحاث

اعتمادًا على مجال البحث يُستخدم أسلوب أو آخر في الكائن النموذجي، الذي عادة ما يكون الفأر. ولكن مهما يكن الحال، فإن النتيجة هي أننا نحصل على كائن حي يحتوي على أوبسينات في خلاياه العصبية. ونتيجةً لذلك، إذا حُفّزت تلك الخلايا العصبية بالضوء، ستتفاعل الأوبسينات مع الضوء محدثةً تنشيطًا أو تثبيطًا للخلايا العصبية اعتمادًا على التعديلات التي أجريناها. ونظرًا لأننا قادرون على أن نكون محددين بدرجة كبيرة عند اختيار أي الخلايا العصبية تعبّر عن الأوبسين وأيها لا، فالنتيجة هي أن بإمكاننا تنظيم نشاط مسارات عصبية معينة إراديًا.

هذا أمر حاسم لتحديد وظيفة كل شبكة عصبية. فمثلًا، إذا كنا نشتبه أن تنشيط خلايا عصبية معينة يزيد الشهية، فيمكننا إنشاء فأر يحتوي على أوبسينات في تلك الخلايا، تحفيز تلك الخلايا بالضوء وملاحظة ما إذا كان الفأر يستهلك سعرات حرارية أكثر. والأكثر من ذلك، حرفيًا يعمل النظام كمفتاح، لذا بإمكاننا إطفاء أو تشغيل تلك الخلايا العصبية متى شئنا بينما نراقب كيف يتغير سلوك الحيوان، أو لا يتغير، في الزمن الحقيقي.

هذا جعل التحكم الضوئي الجيني أقوى أداة لدراسات السلوك، لكن إمكانياته تمتد أيضًا إلى دراسة تطور الدماغ، لأننا نستطيع إحداث تغييرات في النشاط العصبي ثم تحليل ما إذا كان ذلك يغيّر أو لا يغيّر تطور الجهاز العصبي.

تحديات التحكم الضوئي الجيني

ومع ذلك، من المهم دائمًا أن نتذكر أن الأمر لا يزال بحثًا طبيًا حيويًا أساسيًا، وعليه أن يتجاوز تحديات كثيرة قبل أن يمكن استخدامه في العيادة. وهذان اثنان من أهم العوائق:

1. عادةً ما يتحقق تحفيز الخلايا بالضوء بزرع جهاز داخل الجمجمة. ورغم أن ذلك ممكن جراحيًا، فإنه عامل يجب أخذه في الحسبان بجدية إذا كنا نتحدث عن استخدام محتمل لدى البشر.
2. لكي تعمل التقنية يجب التعديل الوراثي للكائن الحي. واليوم أصبح من الممكن إنشاء رئيسيات غير بشرية معدّلة وراثيًا، وإن كانت نادرة للغاية واستخدامها أعقد بكثير من استخدام كائنات نموذجية أخرى. ولكن حتى عندما تُحَل المشكلات التقنية، فلن يزيل ذلك المعضلة الأخلاقية المتمثلة في ضرورة استخدام الهندسة الوراثية لدى البشر لتطبيق التحكم الضوئي الجيني طبيًا.

من الواضح أن التحديات التقنية والأخلاقية التي يطرحها التحكم الضوئي الجيني توازي إمكاناته الكبيرة في مجال علم الأعصاب، ولذلك فهي تقنية ينبغي متابعتها باهتمام خاص خلال السنوات المقبلة.

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 المقال حول التحكم الضوئي الجيني للدكتور Pablo Barrecheguren، فقد تكون مهتمًا أيضًا بمقالات أخرى نشرها:

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