استكشاف كيفية عمل الدماغ بالضوء: ثلاثة رواد في علم الوراثة الضوئي يفوزون بجائزة نوبل للطب لعام 2026

عندما تستحضر الذاكرة حدثًا أو تتصاعد موجة من القلق، أيّ الخلايا العصبية تدفع هذه التغيرات؟ للإجابة عن أسئلة كهذه، يحتاج الباحثون إلى ما يتجاوز تسجيل نشاط الدماغ؛ إذ يجب أن يتمكنوا أيضًا من التدخل بدقة، ثم ملاحظة كيفية تغير النتائج. أُعلن في 5 أكتوبر عن جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لعام 2026، التي تقاسمها Karl Deisseroth وPeter Hegemann وGeorg Nagel، تكريمًا للاكتشافات التي جعلت الضوء أداة للتحكم في الخلايا.

يربط عمل العلماء الثلاثة بين مراحل رحلة بحثية امتدت من الكائنات الدقيقة إلى علوم الدماغ. فقد كشف Hegemann وNagel خصائص بروتين رودوبسين القنوات (channelrhodopsin) بوصفه قناة أيونية يتحكم فيها الضوء؛ بينما طوّر Deisseroth ومعاونوه هذه البروتينات إلى طريقة للتحكم في الخلايا العصبية. ووفقًا لجمعية البصريات Optica، تقاسم الثلاثة الجائزة بالتساوي، وتشمل الإنجازات التي كُرّمت القنوات الأيونية التي يتحكم فيها الضوء وعلم الوراثة الضوئي.

بدأت القصة بالسؤال عن كيفية استشعار الطحالب وحيدة الخلية للضوء. وأوضح معهد كارولينسكا أن Hegemann وNagel اكتشفا، أثناء دراسة الطحالب، أن رودوبسين القنوات الموجود على سطح الخلايا يفتح، عند تعرضه للضوء الأزرق، قنوات تسمح بمرور الأيونات المشحونة. وعند نقل هذا البروتين إلى خلايا أخرى، يمكنه أيضًا منحها القدرة على الاستجابة للضوء، مما وفّر مكوّنًا أساسيًا لأدوات علوم الأعصاب التي ظهرت لاحقًا.

تمثلت الخطوة التالية في جعل هذا المكوّن يعمل داخل الخلايا العصبية. أدخل فريق Deisseroth جين رودوبسين القنوات إلى خلايا عصبية لجرذان، واستخدم الضوء الأزرق لتحفيز الإشارات العصبية، ونشر النتائج في عام 2005؛ وبعد عامين، استُخدمت الطريقة في أدمغة فئران حية. ومع تطور البروتينات الحساسة للضوء وتقنيات إيصال الضوء، أصبح بإمكان الباحثين اختيار خلايا عصبية محددة والتحكم في نشاطها على مقياس زمني بالميلي ثانية.

غيّرت هذه الدقة الأسئلة التي يمكن طرحها في التجارب. وأوضحت كلية الطب بجامعة ستانفورد أن التحفيز الكهربائي قد يؤثر بسهولة في الخلايا المجاورة في الوقت نفسه، كما يصعب بدء تأثير الأدوية أو إيقافه بسرعة؛ بينما يتيح علم الوراثة الضوئي للباحثين التدخل بصورة أكثر انتقائية في الدوائر الدماغية، واختبار ما إذا كان نشاط مجموعة من الخلايا يسبب تغيرًا في السلوك. وقد استُخدمت تجارب من هذا النوع لاستكشاف الذاكرة والعواطف والآليات العصبية المرتبطة بأمراض مثل الاكتئاب ومرض باركنسون، لكن نتائج التدخل في الحيوانات لا يمكن اعتبارها مباشرة دليلًا على تأثير علاجي لدى البشر.

لا يزال هذا المسار البحثي يتوسع. وذكر مجلس البحوث الأوروبي أن Hegemann حصل في عام 2016 على منحة Advanced Grant، وواصل البحث عن بروتينات جديدة حساسة للضوء، وشملت نتائجه أول رودوبسين ثنائي الوحدات غير متماثل؛ أما مشروع Synergy Grant الذي يشارك فيه منذ عام 2022، فيهدف إلى توسيع استخدام علم الوراثة الضوئي ليشمل مزيدًا من الأنظمة البيولوجية. وأصبحت الاكتشافات التي استُخدمت في البداية لفهم الطحالب أدوات لاستكشاف وظائف خلايا مختلفة.

وفيما يتعلق بالتطبيقات الطبية، أشار كل من معهد كارولينسكا وOptica إلى أن الباحثين يحاولون استخدام علم الوراثة الضوئي لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من ضعف البصر على استعادة الرؤية. لكن إعلانات الجائزة هذه لم تقدم معلومات كافية عن حجم التجارب أو السلامة على المدى الطويل أو نطاق الاستخدام لتقييم الفعالية العلاجية. ويتمثل الإنجاز الأكثر رسوخًا الذي كرّمته الجائزة هذه المرة في تمكين العلماء من استكشاف كيفية تأثير الخلايا في السلوك والمرض بدقة أكبر؛ أما مدى ما يمكن أن تحققه هذه المعرفة، وكيفية تحويلها إلى علاجات متاحة للمرضى، فلا يزال يتطلب إجابات من الأدلة السريرية.