‘ऑप्टोजेनेटिस’ समजून घेताना...

 

 

 

समजा, तुम्हाला अचानक राग आला, अचानक दुःख वाटू लागले, काही कारण नसताना चिडचिड झाली, निरुत्साही वाटू लागले, नैराश्याची भावना निर्माण झाली किंवा एवढेच काय, अचानक काही गोष्टी आठवेनाशा झाल्या, या सर्व गोष्टी मेंदूशी निगडित असतात, हे आपल्याला ज्ञात आहे. म्हणजेच, आपल्या भावना, वर्तन आणि विचारांचे नियंत्रण मेंदू करतो. पण, मेंदूमध्ये अनेक भाग आणि गुंतागुंतीची जाळी असतात. कोणत्या भागातून कोणती क्रिया नियंत्रित होते, याचा थोडा अभ्यास यापूर्वी झाला होता. मात्र, त्या भागांमध्ये नेमके काय घडते आणि त्यामुळे आपले वर्तन किंवा भावना कशा बदलतात, हे समजणे कठीण होते. मानवी मेंदूमध्ये अब्जावधी मज्जापेशी, म्हणजेच ‘न्यूरॉन्स’ असतात. या पेशी विद्युत आणि रासायनिक संकेतांच्या माध्यमातून, परस्परांशी संवाद साधतात. स्मरणशक्ती, भावना, हालचाली आणि निर्णयक्षमतेसारख्या कार्यांत त्यांची भूमिका महत्त्वपूर्णच. पूर्वी मेंदूतील विद्युत क्रियांचा अभ्यास करता येत असला, तरी विशिष्ट कार्यासाठीच्या जबाबदार पेशी निश्चितपणे सांगणे कठीण होते.

 

दरम्यान, जर्मनीमध्ये शास्त्रज्ञ पीटर हेगेमन एका विशिष्ट शैवालाचा अभ्यास करत होते. त्यांना ‘चॅनेलर्‍होडॉप्सिन’ नावाचे एक प्रथिन आढळले. हा शैवाल प्रकाशाकडे आकर्षित होत असल्याचे त्यांनी पाहिले. पुढे त्यांना असे आढळले की, हे प्रथिनच शैवालाला प्रकाशाच्या दिशेने जाण्यास मदत करते. याच काळात जर्मन शास्त्रज्ञ जॉर्ग नागेल हे शैवालांमधील प्रकाश-संवेदनशील प्रथिनांचा अभ्यास करत होते. प्रकाश पडल्यावर ही प्रथिने सक्रिय होऊन, पेशींच्या आवरणातील सूक्ष्म मार्ग उघडतात. त्यामुळे विद्युतभार असलेले आयन पेशीमध्ये किंवा पेशीबाहेर जाऊ शकतात. पीटर हेगेमन आणि जॉर्ग नागेल यांच्या संशोधनातूनच, अशा प्रकाश-संवेदनशील प्रथिनांचा शोध लागला.

 

अमेरिकेतील ‘न्यूरोसायंटिस्ट’ कार्ल डाईसरॉथ यांनी, यातील शक्यता ओळखली. त्यांच्यासमोर एक महत्त्वाचा प्रश्न होता, प्रकाशाला प्रतिसाद देणारे हे प्रथिन शैवालाऐवजी ‘न्यूरॉन्स’मध्ये वापरता आले, तर काय होईल? ‘न्यूरॉन्स’ही विद्युत संकेतांच्या माध्यमातूनच कार्य करतात. त्यामुळे या प्रथिनांचा वापर करून त्यांची विद्युत क्रिया नियंत्रित करता आली, तर मेंदूतील पेशींचे कार्य अधिक अचूकपणे तपासता येईल. यावर आधारित संशोधनातूनच, प्रकाश-संवेदनशील प्रथिनांच्या वापराने मज्जापेशी सक्रिय करण्याची पद्धत विकसित झाली. संशोधकांनी विशिष्ट ‘न्यूरॉन्स’मध्ये अशी प्रथिने तयार होण्यासाठी, आवश्यक जनुकीय सूचना पोहोचवल्या. त्यानंतर नियंत्रित प्रकाशाच्या साहाय्याने, या पेशींच्या क्रियेत बदल घडवून आणणे शक्य झाले.

 

आता शास्त्रज्ञ केवळ मेंदूतील पेशींचेच निरीक्षण करत नव्हते, तर विशिष्ट पेशी सक्रिय करून त्याचा परिणामही तपासू शकत होते. कार्ल डाईसरॉथ यांनी या संशोधनालाच नवे वळण दिले. त्यांनी ही प्रथिने ‘न्यूरॉन्स’मध्ये बसवून, त्यांच्यावरील प्रकाशाचा परिणाम तपासण्यास सुरुवात केली. सुरुवातीला साधेच प्रयोग करण्यात आले. नंतर ही प्रथिने त्यांनी उंदरांच्या विशिष्ट ‘न्यूरॉन्स’मध्ये बसवून, त्या उंदरांवर प्रकाश टाकला. आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, उंदीर प्रकाशाकडे आकर्षित होण्याऐवजी घाबरू लागले. सुरुवातीला हे अनाकलनीय वाटले. मात्र, नंतर संशोधकांना समजले की, ज्या ‘न्यूरॉन्स’मध्ये हे प्रथिन बसवले होते, त्या भीतीशी संबंधित भागातील पेशी होत्या. प्रकाश पडताच त्या पेशी सक्रिय झाल्याने, भीतीची प्रतिक्रिया निर्माण होत होती. प्रकाश, जनुकशास्त्र आणि ‘न्यूरॉन्स’च्या या अभिनव संगमाला, कार्ल डाईसरॉथ यांनी ‘ऑप्टोजेनेटिस’ म्हटले. साध्या भाषेत सांगायचे, तर प्रकाशाच्या साहाय्याने जनुकीयदृष्ट्या बदललेल्या पेशींच्या कार्याचा अभ्यास करणे म्हणजेच, ‘ऑप्टोजेनेटिस.’

 

या तिघांनाही २०२६ सालचा, शरीरक्रिया विज्ञानाचा ‘नोबेल’ पुरस्कार प्रदान करण्यात आला. त्यांच्या ‘ऑप्टोजेनेटिस’ या प्रभावी तंत्रामुळेच मेंदूतील पेशी नेमक्या कशा कार्य करतात, हे अधिक अचूकपणे समजणे शय झाले. पूर्वी मेंदूतील विद्युत क्रियाकलापांचे निरीक्षण करता येई; मात्र विशिष्ट पेशींची भूमिका समजणे कठीण होते.

 

‘ऑप्टोजेनेटिस’मुळे संशोधकांना निवडक मज्जापेशींना सक्रिय किंवा निष्क्रिय करता येते आणि परिणामांचे थेट निरीक्षणही करता येते.

 

उदाहरणार्थ, एखाद्या विशिष्ट प्रकारच्या ‘न्यूरॉन्स’ना सक्रिय केल्यावर, प्राण्यांच्या हालचालींमध्ये बदल होतो का, हे पाहून त्या पेशींची भूमिका समजू शकते. त्यामुळे मेंदूतील विविध मज्जापेशींच्या जाळ्यांमधील संबंध उलगडण्यास मदत होते. स्मरणशक्ती आणि शिकण्याची प्रक्रिया, भावना आणि वर्तन, पार्किन्सन रोग, अपस्मार, तसेच मानसिक आरोग्याशी संबंधित विविध विकारांच्या संशोधनातही ‘ऑप्टोजेनेटिस’ अत्यंत महत्त्वपूर्ण ठरत आहे. यामुळे आठवणींशी संबधित पेशी कोणत्या, भावनिक प्रतिक्रिया आणि वर्तनावर कोणत्या ‘न्यूरॉन्स’चा प्रभाव असतो, पार्किन्सन रोगामध्ये हालचाली नियंत्रित करणार्‍या मज्जाजाळ्यांमध्ये कोणते बदल होतात, अपस्माराच्या झटक्यांमागील पेशींची भूमिका काय असते, तसेच नैराश्य आणि ‘स्किझोफ्रेनिया’सारख्या विकारांमध्ये मज्जासंस्था कशी कार्य करते, याचा अधिक अचूक अभ्यास करता येतो.

 

त्यामुळे मेंदूची कार्यप्रणाली समजून घेण्यासाठी आणि भविष्यात अधिक प्रभावी उपचारपद्धती विकासाच्या शयता तपासण्यासाठी, हे तंत्र अत्यंत उपयुक्त ठरत आहे. एका सूक्ष्म शैवालाच्या अभ्यासातून सुरू झालेला हा प्रवास, आज मानवी मेंदूच्या गुंतागुंतीपर्यंत येऊन पोहोचला आहे. आधुनिक मेंदूविज्ञानातील हा एक महत्त्वाचा टप्पा. ‘ऑप्टोजेनेटिस’मुळे पार्किन्सन रोग, अपस्मार, स्मरणशक्तीशी संबंधित समस्या आणि काही मानसिक विकारांशी निगडित मेंदूतील प्रक्रियांचा अभ्यास करण्यासाठी संशोधकांना नवीन संधी उपलब्ध झाल्या आहेत. तथापि, हे तंत्र सध्या प्रामुख्याने संशोधनासाठीच वापरले जाते. त्यामुळे या आजारांवर प्रभावी उपचार उपलब्ध झाले आहेत, असा त्याचा अर्थ नाही. या संशोधनाचे खरे महत्त्व असे आहे की, मेंदूतील मज्जापेशी केवळ परस्परांशी संवाद साधतात हे समजून घेण्यापलीकडे जाऊन, विशिष्ट पेशींना नियंत्रित केल्यास काय परिणाम होतात, हे थेट तपासण्याचे प्रभावी साधन शास्त्रज्ञांना मिळाले आहे. त्यामुळे मानवी मेंदूची रहस्ये उलगडण्याच्या दिशेने, विज्ञानाने एक मोठे पाऊल पुढे टाकले आहे.

 

आता प्रश्न असा आहे की, या सगळ्याचा नेमका उपयोग काय? समजा, आपण संध्याकाळी घरी आलो आणि एका बटणाच्या स्पर्शाने खोलीतील दिवा चालू किंवा बंद केला. तशाच प्रकारे मेंदूतील विशिष्ट पेशींची क्रियाही नियंत्रित करता आली, तर काय होईल? भीती निर्माण करणार्‍या मज्जापेशींना तात्पुरते निष्क्रिय करून, अनावश्यक भीती कमी करता येईल का? नैराश्याशी संबंधित मेंदूतील जाळ्यांमध्ये बदल करून, मानसिक आरोग्य सुधारता येईल का? स्मरणशक्ती कमकुवत होत असेल, तर ती पुन्हा बळकट करता येईल का? किंवा एखाद्या दृष्टिहीन व्यक्तीला मेंदूतील दृश्य प्रक्रियांना चालना देऊन, पुन्हा जग पाहण्याची संधी देता येईल का? आज या सर्व प्रश्नांची उत्तरे आपल्या हातात नाहीत. मात्र, ‘ऑप्टोजेनेटिस’मुळे शास्त्रज्ञांना प्रथमच मेंदूतील विशिष्ट मज्जापेशी नेमया कोणत्या कार्यासाठी जबाबदार आहेत, हे तपासण्याचे साधन मिळाले आहे. त्यामुळे ‘न्यूरोलॉजिकल’ आजार समजून घेण्याचा मार्ग अधिक स्पष्ट झाला आहे. मानवी उपचार पद्धतींमध्ये त्याचा सुरक्षित आणि व्यापक वापर होण्यासाठी आणखी संशोधन आवश्यकच आहे. तरीही, एका सूक्ष्म शैवालामध्ये सापडलेल्या प्रकाश-संवेदनशील प्रथिनापासून सुरू झालेला हा प्रवास आज आपल्याला अशा भविष्याची झलक दाखवत आहे, जिथे केवळ मेंदूचा अभ्यासच नव्हे; तर त्यातील बिघाड दुरूस्त करण्याची क्षमतादेखील विज्ञानाला प्राप्त होऊ शकते. कदाचित, पुढील काही दशकांत मेंदूतील विशिष्ट मज्जापेशी चालू किंवा बंद करून काही रोगांवर उपचार करणे, हे विज्ञानकथा न राहता वास्तव ठरेल.