पानीमा पाइने लेउजस्तो सानो जीवबाट सुरु भएको खोज कसरी नोबेलसम्म पुग्यो ?
पानीमा बस्ने एउटा सानो हरियो जीव उज्यालोतिर कसरी पौडिन्छरु पिटर हेगेमानलाई यसैको उत्तर जान्ने जिज्ञासा थियो। त्यो जीव मानिसको मस्तिष्कसँग सम्बन्धित थिएन। तर त्यसको उज्यालो चिन्ने तरिका बुझ्दै जाँदा मस्तिष्कका कोषको गतिविधि अध्ययन गर्ने नयाँ बाटो खुल्यो।
पानीमा पाइने लेउजस्ता जीवलाई अंग्रेजीमा ‘अल्गी’ भनिन्छ। यस्तै एउटा जीवमा भेटिएको प्रोटिनलाई पछि वैज्ञानिकले स्नायुकोषमा प्रयोग गरे। त्यसपछि प्रकाशबाट ती कोषमा संकेत उत्पन्न गराउन सम्भव भयो।
यस खोजका लागि अमेरिकी वैज्ञानिक कार्ल डाइसेरोथ तथा जर्मन वैज्ञानिक पिटर हेगेमान र गेओर्ग नागेल सन् २०२६ को चिकित्सातर्फको नोबेल पुरस्कारबाट सम्मानित भएका थिए। अक्टोबर ५ मा उनीहरूको नाम घोषणा गरिएको थियो। उनीहरूको योगदानबाट विकसित विधिलाई ‘अप्टोजेनेटिक्स’ भनिन्छ। यसले स्मृति, भावना र व्यवहारमा मस्तिष्कका निश्चित कोषको भूमिका बुझ्न सहयोग गरेको छ।
उज्यालो चिन्ने सानो जीवबाट सुरुवात
यो यात्राको आधार ‘क्लामाइडोमोनास’ नामको एउटै कोषबाट बनेको सानो हरियो जीव थियो। हेगेमान र नागेलसहितका अनुसन्धानकर्ताले यसमा पाइने ‘च्यानलरोडोप्सिन’ प्रोटिनको अध्ययन गरे। सन् २००३ मा प्रकाशित अनुसन्धानले च्यानलरोडोप्सिन–२ प्रकाशबाट सीधै खुल्ने आयन च्यानल भएको देखायो।
आयन भनेका विद्युत् आवेश भएका कण हुन्। कोषको बाहिरी झिल्लीमा रहेको यो प्रोटिनलाई एउटा सानो ढोकासँग तुलना गर्न सकिन्छ। उपयुक्त प्रकाश पर्दा ढोका खुल्छ र आवेशित कण कोषभित्र पस्छन्। त्यसले कोषको विद्युतीय अवस्था बदल्छ।
अनुसन्धानकर्ताले यो जीवको यही प्रोटिन भ्यागुताका अण्डा र स्तनधारीका कोषमा पनि काम गर्ने देखाए। एउटा सूक्ष्म जीवको उज्यालो चिन्ने संयन्त्रलाई अर्को जीवको कोषमा प्रयोग गर्न सकिने प्रमाण नै पछिल्लो विकासको आधार बन्यो।
सन् २००५: स्नायुकोषमा प्रकाशको ‘स्विच’
अर्को निर्णायक कदम सन् २००५ मा आयो। डाइसेरोथ, नागेल र उनीहरूका सहकर्मीको टोलीले च्यानलरोडोप्सिन–२ बनाउने जीन स्तनधारीका स्नायुकोषमा पुर्यायो। त्यसपछि प्रकाशका छोटा झिल्काबाट ती कोषमा स्नायु संकेत उत्पन्न गराउन सकिने देखियो।
यसको विशेषता गति र छनोट थियो। अनुसन्धानकर्ताले मिलिसेकेन्ड अर्थात् सेकेन्डको हजारौँ भागको समयस्तरमा स्नायुकोषको गतिविधि नियन्त्रण गर्न सके। मस्तिष्कका संकेत आफैँ अत्यन्त छिटो चल्ने भएकाले यति सूक्ष्म समय नियन्त्रण अनुसन्धानका लागि महत्त्वपूर्ण भयो।
सन् २००७ मा डाइसेरोथले जीवित मुसाको मस्तिष्कमा पनि प्रकाशबाट स्नायुकोष नियन्त्रण गर्ने प्रविधि काम गर्ने देखाए। यसरी एउटा सानो जीवको अध्ययन प्रयोगशालाका कोष हुँदै जीवित मस्तिष्कसम्म पुग्यो।
कुन समस्या समाधान भयो ?
मस्तिष्कको कुनै भाग सक्रिय हुँदा कुनै व्यवहार देखिनु र त्यही सक्रियताले व्यवहार गराउनु फरक कुरा हुन्। पहिलेका विधिबाट निश्चित प्रकारका स्नायुकोषको भूमिका छुट्याउन कठिन थियो। विद्युतीय उत्तेजनाले आसपासका विभिन्न कोषलाई असर गर्न सक्थ्यो।
अप्टोजेनेटिक्सले निश्चित कोषसमूहलाई प्रकाशप्रति संवेदनशील बनाएर अनुसन्धान गर्न सम्भव बनायो। अब वैज्ञानिकले ती कोष सक्रिय पार्दा के बदलिन्छ भन्ने परीक्षण गर्न सक्छन्। यो सम्बन्ध देखाउने मात्र नभई कारण खोज्ने महत्त्वपूर्ण साधन हो।
यसलाई टाउकोमा सामान्य बत्ती बालेर मस्तिष्क नियन्त्रण गर्ने विधि ठान्न मिल्दैन। प्रविधिका लागि लक्षित कोषमा प्रकाशप्रति प्रतिक्रिया दिने प्रोटिन बनाउने जीन पुर्याउने र त्यहाँ उपयुक्त प्रकाश पुर्याउने व्यवस्था आवश्यक हुन्छ।
बिरामीमा आशाको उदाहरण: आंशिक दृष्टि फर्कियो
मानवमा यसको सम्भावना देखाउने उल्लेखनीय अध्ययन सन् २०२१ मा ‘नेचर मेडिसिन’मा प्रकाशित भयो। रेटिनाइटिस पिग्मेन्टोसा नामको आँखाको रोगबाट दृष्टिविहीन भएका एक बिरामीमा अप्टोजेनेटिक उपचारपछि आंशिक रूपमा वस्तु देख्ने क्षमता फर्किएको अध्ययनले जनाएको थियो।
यो रोगमा आँखाका प्रकाश ग्रहण गर्ने कोष नष्ट हुँदै जान सक्छन्। अनुसन्धानकर्ताले बिरामीको आँखाभित्र विशेष जीन बोक्ने माध्यम इन्जेक्सनमार्फत पुर्याए। त्यसले रेटिनाका बाँकी केही स्नायुकोषलाई प्रकाशप्रति संवेदनशील बनायो। विशेष चस्माले बाहिरी दृश्यलाई प्रकाशका संकेतमा बदलेर रेटिनामा पठायो।
उपचार गरिएको आँखाबाट, चस्मा लगाएको अवस्थामा, बिरामीले केही वस्तु देख्न, तिनको स्थान पत्ता लगाउन, गन्न र छुन सके। चस्माबिना त्यस्तो उपलब्धि देखिएन। त्यसैले यो सामान्य दृष्टि पूर्ण रूपमा फर्किएको घटना थिएनस एक बिरामीमा उपकरणको सहायताले प्राप्त आंशिक सुधार थियो।
भविष्यको लाभ र बाँकी चुनौती
मस्तिष्कका रोगसँग सम्बन्धित स्नायु सञ्जाल बुझ्न यो प्रविधि व्यापक रूपमा प्रयोग भइरहेको छ। त्यसबाट रोगको प्रक्रियाबारे स्पष्ट ज्ञान र भविष्यका उपचारका लागि नयाँ लक्ष्य पहिचान हुन सक्छन्। यी अनुसन्धानबाट बिरामीलाई लाभ पुग्ने सम्भावना छ, तर प्रयोगशालाको सफलता आफैँमा मानव उपचारको प्रमाण हुँदैन।
प्रत्यक्ष उपचार विकासमा पनि कठिनाइ छन्। सही कोषमा जीन सुरक्षित रूपमा पुर्याउनुपर्छ। मस्तिष्कको गहिराइमा प्रकाश पुर्याउने उपकरण चाहिन्छ। बाहिरी जीवबाट आएको प्रोटिन वा जीन पुर्याउने माध्यमप्रति शरीरको इम्युन सिस्टमको प्रतिक्रिया, दीर्घकालीन सुरक्षा र उपकरणका असर परीक्षण गर्नुपर्छ। जीन उपचार र उपकरण एकसाथ प्रयोग हुँदा उपचार प्रयोग गर्न अनुमति दिने निकायको मूल्याङ्कन पनि जटिल हुन्छ।
