Beynin fonksiyonlarını anlamak, uzun yıllardır bilim insanları için bir merak ve araştırma konusu. Beynimizde neler olup bittiğini aydınlatabilmek amacıyla günümüze kadar yapılan çalışmalarda sinir hücrelerinin faaliyetlerinde değişiklik yapmaya dayalı birçok yeni teknik geliştirildi. Bu tekniklerden bazıları, belirli sinir hücrelerinin gen faaliyetlerinin kontrol edilmesine dayanıyor. Genler etkilerini, taşıdıkları genetik kodla belirlenen proteinler üretildiği zaman gösteriyor. Buna o genin ifade edilmesi deniyor. İşte gen faaliyetlerinin kontrol edildiği yeni tekniklerde hücredeki bir genin ifade edilmesi veya ifadesinin ortadan kaldırılması sağlanarak sinir hücrelerinin yeni rolleri açığa çıkarılmaya çalışılıyor. Bu tekniklerden biri olan ve geçtiğimiz yıllarda geliştirilen optogenetik tekniği, bilim dünyasında dikkatleri üstüne çekmeyi başardı. Optogenetik tekniğiyle transgenik farelerin sinir hücrelerinde belirli genlerin ışık varlığında ifadesi sağlanıyor, yani o sinir hücreleri ışıkla aktive ediliyor. Ardından elektrofizyolojik kayıt yöntemleriyle, aktive edilmiş sinir hücrelerinin oluşturduğu sinyaller belirleniyor, ayrıca canlının davranışlarındaki/hareketlerindeki değişimler gözlemleniyor. Ancak optogenetik uygulamalarda sinir hücrelerinin ışık ile uyarılması aşamasında fiber-optik kabloların kullanılması cerrahi müdahale gerektiriyor. Bu da özellikle beynin iç kısımlarındaki sinir hücrelerinin uyarılmasında sorunlara yol açıyor. Salk Enstitüsü'nden Sreekanth H. Chalasani önderliğinde yürütülen çalışmalarda ise bu sorun yeni bir tür "uyaran" kullanılarak çözülmeye çalışılmış ve yeni bir teknik geliştirilmiş. Sonogenetik olarak adlandırılan bu yeni uygulamada ultrason dalgaları kullanılarak bir iplik kurdu olan Caenorhabditis elegans'a ait belirli sinir hücrelerinin aktive edilmesi sağlanmış. Ultrason dalgalarıyla uyarım, optogenetik çalışmalarındaki müdahalelerin aksine herhangi bir cerrahi işlem gerektirmiyor. Bu da özellikle beynin iç kısımlarındaki dokuların uyarılmasında kolaylık sağlıyor. Ayrıca uygulamada, bir besi yeri içerisinde bulunan kurtçuğa gönderilen ultrason dalgalarının, besi yeri üzerinde odaklanabildiği minimum alan sayesinde, kurtçuktaki belirli hücre tipleri veya hücreler ayrı ayrı uyarılabiliyor. Bilim insanları, tekniğin geliştirilmesi sırasında yüksek basınçlı ultrason dalgaları kullanmanın hücre zarının bütünlüğünü bozduğunu fark etmiş ve canlının vücudunda herhangi bir hasar oluşmaması için düşük basınçlı ultrason dalgaları kullanmaya karar vermişler. Ancak düşük basınçlı ultrason dalgaları, hücrelerde dolayısıyla da canlının davranışlarında değişiklik oluşturamayacak kadar zayıf kalıyor. Bu nedenle düşük basınçlı ultrason, "mikrobaloncuk" olarak adlandırılan, yağ kaplı, içerisinde perflorohekzan gazı ve hava karışımı bulunduran küçük baloncuklar ile birlikte kullanılmış. Bu baloncuklar düşük şiddetli dalgaları kuvvetlendirmeyi sağlıyor. Bu sayede mikrobaloncuklar ile birlikte düşük basınçlı dalgalar, besi yeri içerisinde bulunan kurtçukların hedeflenen yüzeyindeki hücreleri etkilemeyi başarıyor. İyon kanalları hücre dışından gelen kimyasal veya mekanik uyarıları almaçları yardımıyla algılayan, hücre zarı üzerinde bulunan proteinlerdir. Bu kanallar, dışarıdan gelen sinyallerle açılıp kapanarak hücredeki iyon değişimini sağlar. İyon değişimi gerçekleşen hücreler cevap olarak gelen sinyalleri elektriksel sinyale dönüştürür. C. elegans'ın bazı sinir hücrelerinde de mekanik değişimi algılayan bir mekanoreseptör olan TRP-4 iyon kanalları sentezlenir. Araştırmacılar TRP-4 almaçlarının ultrason dalgalarıyla oluşturulan uyarılara karşı duyarlılığını test etmek amacıyla transgenik kurtçuklar ile inceleme yapmış. Bu incelemede normalde TRP-4 iyon kanalı bulundurmayan C. elegans hücrelerinde gen aktarımıyla TRP-4 sentezi sağlanmış ve ardından çeşitli düzeylerde ultrason dalgaları ile canlının tepkisi ölçülmüş. Sonuç olarak TRP-4 iyon kanallarının mikrobaloncuklarla birlikte uygulanan düşük basınçlı ultrasona duyarlı olduğu anlaşılmış. Ayrıca ultrason duyarlılığında farklı iyon kanallarının da rolünün olabileceği öngörülmüş. Transgenik C. elegans'a ait çeşitli sinir hücresi tipleri üzerinde yapılan çalışmalar, ultrason uyarısının sinir hücrelerinin hücresel faaliyetlerinde değişikliğe yol açtığını göstermiş ve bu hücresel değişiklik canlıda gözle görülebilir davranışsal tepkilere yol açmış. Örneğin transgenik C. elegans'ta belirli hücrelerin uyarılmasıyla kurtçuklar, geri dönüş veya kıvrılma gibi davranışsal değişiklikler göstermiş. Kısaca TRP-4 iyon kanalı içeren sinir hücrelerinin faaliyetlerindeki değişim ile kurtçukların davranışları arasında bir ilişki olduğu gözlemlenmiş. Sinir hücresi çeşitlerinden bir tanesi ise optogenetik çalışmaların aksine sonogenetik yöntemlerde farklı sonuçlar vermiş ve buna bağlı olarak çeşitli hücrelerin bilinenin dışında farklı rollerinin de olduğu öngörülmüş. Sonogenetik tekniği, cerrahi müdahale gerektirmediği ve belirli hücreleri uyarabildiği için diğer canlı organizmaların sinir hücrelerinin fonksiyonlarının aydınlatılmasında da kullanılabilir. Kaynak: Ibsen, S ve ark., "Sonogenetics is a non-invasive approach to activating neurons in Caenorhabditis elegans" Nature Communications, Cilt 6, Makale No: 8264, DOI: 10.1038/ncomms9264, 2015. Hazırlayan: Merve Üstün / Bilimgenç. tubitak