Πώς ο φοβερός ιός της λύσσας μετατράπηκε σε ερευνητικό εργαλείο των νευροεπιστημών

Ο ιός της λύσσας μεγεθυμένος κατά ένα εκατομμύριο φορές. Το ακανθώδες περίβλημα γλυκοπρωτεϊνών του επιτρέπει να περάσει από νευρώνα σε νευρώνα

Με την ιδιότητα να μετατρέπει τα πιο ήρεμα κατοικίδια σε μανιασμένα κτήνη με αφρισμένα στόματα και με σχεδόν 100% ποσοστό θνησιμότητας, ο ιός της λύσσας υπήρξε μια από τις μεγαλύτερες μάστιγες στην ανθρώπινη ιστορία. Δύο αιώνες επιστημονικής έρευνας αποκάλυψαν ότι ως αποτέλεσμα της βιολογικής εξέλιξης, ο ιός της λύσσας συνδυάζει την ικανότητα να μεταδίδεται μέσω του σάλιου από τα σαγόνια του μολυσμένου ζώου, με την ικανότητα να προκαλεί στο ζώο τη διάθεση μιας φρενίτιδας για να δαγκώσει.
Η λύσσα σκοτώνει ακόμη και σήμερα περίπου 60.000 ανθρώπους κάθε χρόνο. Ωστόσο, χάρη στους εμβολιασμούς και τη θέση σε καραντίνα των μολυσμένων ζώων, δεν προκαλεί πια τρόμο τουλάχιστον στον λεγόμενο αναπτυγμένο κόσμο. Αντίθετα, οι νευροεπιστήμονες έχουν βρει τρόπους να αξιοποιούν το παθογόνο μικρόβιο σε όφελος της ανθρωπότητας. Ο ιός της λύσσας έχει μοναδική ικανότητα να βρίσκει δρόμο από το σημείο του δαγκώματος έως τον εγκέφαλο, μεταπηδώντας αθόρυβα από νευρώνα σε νευρώνα, αποφεύγοντας έτσι την ανίχνευση από το ανοσοποιητικό σύστημα. Οι επιστήμονες κατάφεραν να τιθασεύσουν και να φιλτράρουν αυτήν την ικανότητα του ιού, ώστε να αποκαλύψουν τις συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων του εγκεφάλου (βλ. διάγραμμα).

Κουβάρι

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρώνες, που ο καθένας συνδέεται με χιλιάδες άλλους. Η χαρτογράφηση αυτού του πολύπλοκου δικτύου συνδέσεων μπερδεμένων σαν κουβάρι είναι απαραίτητη για την κατανόηση της λειτουργίας του οργάνου, για να μπορέσουμε να καταλάβουμε πώς δημιουργούνται τα συναισθήματα και γενικότερα η συμπεριφορά, ως εκδήλωση της λειτουργίας του εγκεφάλου. Χρησιμοποιώντας τροποποιημένους ιούς λύσσας, οι ερευνητές μπορούν τώρα να παρατηρήσουν ποια είδη εισόδου πληροφοριών δέχεται ένας νευρώνας, πώς τα ηλεκτρικά σήματα ταξιδεύουν από τα μάτια στον εγκέφαλο και ποια είδη νευρώνων ελέγχουν τη θέση του σώματος, επιτρέποντάς μας να μην πέφτουμε. Οι νευροεπιστήμονες ελπίζουν ότι τέτοιες πληροφορίες θα μας βοηθήσουν να καταλάβουμε νευρολογικές διαταραχές, όπως η ασθένεια Πάρκινσον, ανοίγοντας το δρόμο για νέα καλύτερα φάρμακα για την αντιμετώπιση ή τη θεραπεία τους.

Χρησιμοποιώντας διαφορετικές εκδοχές του συστήματος delta-G (τροποποιημένης γλυκοπρωτεΐνης), οι νευροεπιστήμονες μελέτησαν τη λειτουργία διαφόρων κυκλωμάτων του νευρικού συστήματος των ποντικών για να μάθουν πώς αυτά συμβάλλουν στην αντίληψη και τη συμπεριφορά των ζώων. Απ' τις πρώτες επιλογές τους ήταν το οπτικό σύστημα. Οταν το φως μπει μέσα στο μάτι, τα νευρικά κύτταρα στο πίσω μέρος του αμφιβληστροειδούς, τα γαγγλιακά κύτταρα, μεταδίδουν σήματα στον εγκέφαλο. Οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι αυτές οι πληροφορίες μεταφέρονται σε ενδιάμεσες τοποθεσίες μέσα στον εγκέφαλο, πριν καταλήξουν στον εγκεφαλικό φλοιό, στη φαιά ουσία, όπου γίνεται η ανώτερου επιπέδου επεξεργασία τους. Διαπίστωσαν ότι πράγματι από νευρώνα σε νευρώνα τα οπτικά ερεθίσματα φτάνουν στον Πλευρικό Γονιδιακό Πυρήνα (ΠΓΠ), μια περιοχή μεταγωγής σημάτων στον εγκέφαλο.

Διαδρομές

Οι ερευνητές έδειξαν ότι ο ΠΓΠ περιέχει τρία διαφορετικά είδη νευρώνων, που το καθένα φαίνεται να επεξεργάζεται τις οπτικές πληροφορίες με διαφορετικό τρόπο. Λιγότερο από ένα τρίτο των νευρώνων εξυπηρετούν για τη μεταγωγή, κατευθύνοντας στο φλοιό τα σήματα που έρχονται από τον αμφιβληστροειδή. Περίπου ένα άλλο τρίτο των νευρώνων δέχεται συνδυασμούς διαφόρων σημάτων από το ένα μάτι και οι υπόλοιποι (κοντά στο 40%) δέχονται σήματα και από τα δύο μάτια. Ετσι παρότι ο ΠΓΠ βρίσκεται σε ένα πρώιμο στάδιο του οπτικού κυκλώματος, το μεγαλύτερο μέρος των νευρώνων του συνδυάζει πληροφορίες από πολλαπλές πηγές. Τα ευρήματα αυτά αναμένεται να φωτίσουν περισσότερο τη διαδικασία μέσω της οποίας ο εγκέφαλος ερμηνεύει τις πληροφορίες από τα μάτια.
Αλλοι ερευνητές μελέτησαν με το σύστημα delta-G τους νευρώνες του Πλευρικού Αιθουσιαίου Πυρήνα (ΠΑΠ), της περιοχής του εγκεφάλου που μας αποτρέπει από το να πέσουμε. Για παράδειγμα, όταν βρισκόμαστε μέσα στο μετρό και το τρένο φρενάρει απότομα, πριν καλά - καλά σκεφτούμε έχουμε μετακινήσει και σφίξει τα πόδια για να αντισταθμίσουμε την αδρανειακή δύναμη και ίσως έχουμε πιάσει και κάποιο στύλο για να κρατηθούμε. Πώς ο εγκέφαλος ενεργοποιεί τις κατάλληλες ομάδες μυών τόσο γρήγορα σε μια πλειάδα τέτοιων περιστάσεων; Αποκαλύφθηκε ότι ο ΠΑΠ των ποντικών περιέχει δύο ανατομικά διαφορετικά είδη νευρώνων, που το καθένα έχει διαφορετικές συνδέσεις προς το περιφερειακό νευρικό σύστημα. Μια ομάδα νευρώνων ενεργοποιείται πολύ γρήγορα, όταν ο εγκέφαλος αισθανθεί αστάθεια του σώματος, έτσι ώστε να εκταθούν τα άκρα για να αυξηθεί η βάση στήριξης του σώματος. Μετά, ενεργοποιείται η δεύτερη ομάδα νευρώνων του ΠΑΠ, δίνοντας εντολή για ενίσχυση και σταθεροποίηση των αρθρώσεων των άκρων, ώστε το σώμα να επιστρέψει στην αρχική του θέση. Οι ερευνητές μπορούσαν να ενεργοποιήσουν αυτούς τους νευρώνες απλώς ανάβοντας ένα μπλε φως μέσα στον ΠΑΠ, μέσω μιας λεπτής οπτικής ίνας. Οταν άναβε το φως, οι ποντικοί ρύθμιζαν τη θέση των άκρων τους, σα να ήθελαν να σταματήσουν μια πτώση, παρότι δεν έπεφταν εκείνη τη στιγμή.

Στην υπηρεσία του ανθρώπου

Τρίτη ομάδα ερευνητών διερεύνησε με το σύστημα delta-G το ζήτημα των λειτουργιών των νευρώνων που απελευθερώνουν ντοπαμίνη (που προκαλεί ευφορία), όταν το ζώο νιώθει ήδη ή αντιλαμβάνεται ότι επίκειται να νιώσει κάτι που το ευχαριστεί, π.χ. να γευτεί μια τροφή που του αρέσει πολύ. Οι νευρώνες αυτοί, στο επονομαζόμενο κύκλωμα ανταμοιβής, δέχονται πληροφορίες από διάφορες πηγές και οι επιστήμονες χρειαζόταν να μάθουν ποια είδη πληροφορίας φτάνουν σε ποιες ομάδες ντοπαμινεργικών νευρώνων. Διαπίστωσαν ότι μια ομάδα νευρώνων συγκεκριμένης περιοχής του εγκεφάλου δέχεται τις πληροφορίες, που σχετίζονται με το αν ένα ερέθισμα σχετίζεται με επερχόμενη ανταμοιβή και μια ομάδα σε άλλη περιοχή δέχεται τις πληροφορίες για την ποιότητα της ανταμοιβής (π.χ. πόσο αρέσει στο ζώο η τροφή). Η πρώτη ομάδα νευρώνων είναι ανάμεσα σε εκείνες που εκφυλίζονται στην ασθένεια του Πάρκινσον και μεγάλο μέρος των νευρωνικών συνδέσεων αυτής της ομάδας είναι προς μια ομάδα νευρώνων που συμμετέχει στον έλεγχο της κίνησης. Ο ηλεκτρικός ερεθισμός της τελευταίας ομάδας νευρώνων ήταν ήδη γνωστό ότι καταστέλλει τα συμπτώματα Πάρκινσον, αλλά τώρα οι επιστήμονες γνωρίζουν και άλλες ομάδες νευρώνων που συνδέονται ανάλογα με αυτήν και αποτελούν ενδεχόμενο επιπλέον στόχο της τεχνικής βαθέος εγκεφαλικού ερεθισμού.
Ο συνδυασμός των επιτευγμάτων της βιολογικής εξέλιξης με τη στοχευμένη γενετική μηχανική έδωσε στους νευροεπιστήμονες ένα πολύ ισχυρό εργαλείο. Τώρα οι ερευνητές στρέφονται στην αναζήτηση για τροποποιημένους ιούς που θα μπορούν να ανιχνεύσουν όχι την εισροή πληροφοριών σε νευρώνες, αλλά την εκροή απ' αυτούς. `Η άλλους που να εντοπίζουν μόνο τις ενεργές συνδέσεις μεταξύ νευρώνων, αποκαλύπτοντας τα κυκλώματα που συνδέονται με συγκεκριμένες συμπεριφορές. Ηρθε η εποχή οι ιοί που τρομοκρατούσαν τους ανθρώπους επί χιλιάδες χρόνια, να χρησιμοποιηθούν για να μας υπηρετήσουν.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»