Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (USTC) ile Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı Shenzhen İleri Teknoloji Enstitüleri, sinirbilim tarihinde bir dönüm noktasına imza attı. Araştırmacılar, nöronların birbirine sinyal gönderdiği anda gerçekleşen ‘sinaptik öpücüğü’ milisaniye hassasiyetinde görüntüledi. Bu başarı, beynin iletişim mekanizmasını anlamada yarım asırdır süren tartışmalara son verdi.
ZAMAN DONDU, NÖRON KONUŞTU
Bilim insanları, nöronlar arası bilgi aktarımını yöneten sinaptik veziküllerin nasıl hareket ettiğini gözlemlemek için 15 yıl süren bir çalışmanın ardından, dünyada eşi benzeri olmayan bir görüntüleme sistemi geliştirdi. Yeni sistem, ‘zaman çözünürlüklü kriyo-elektron tomografisi’ (kriyo-ET) yöntemiyle çalışıyor. Bu teknoloji, hücresel olayları nanometre düzeyinde ve milisaniye aralıklarında dondurarak, adeta zamanı durduruyor. Bu sayede, sinir hücrelerinin içindeki iletişim süreci ilk kez gerçek zamanlı olarak izlendi.
ÖPÜCÜK VE KAÇIŞ MEKANİZMASI
Araştırmacılar, sıçan beyinlerinden alınan sinapsları optogenetik uyarım yöntemiyle aktive etti ve saniyenin binde biri kadar kısa aralıklarla dondurdu. Elde edilen 1.000’den fazla görüntü, sinaptik iletişimin ‘öpücük-büzülme-kaçış’ olarak adlandırılan birleşik bir mekanizma izlediğini ortaya koydu.
Aktivasyondan sonraki ilk 4 milisaniyede, vezikül hücre zarıyla yaklaşık 4 nanometrelik bir füzyon gözenek oluşturarak ‘öpüşüyor’. Ardından büzülme evresi geliyor ve 70 milisaniye içinde bazı veziküller tamamen çözülürken diğerleri zardan ayrılıp geri dönüyor. Bu bulgu, nöronların sinyalleri ne tamamen kalıcı ne de tamamen geçici bir şekilde ilettiğini; hız ve verimlilik için optimize edilmiş hibrit bir süreç kullandığını gösteriyor.
50 YILLIK GİZEM ÇÖZÜLDÜ
Bilim dünyası, sinaptik veziküllerin davranışı konusunda uzun süredir ikiye bölünmüştü: bazı araştırmacılar tam birleşme (tam çöküş) modelini, bazıları ise geçici ‘öpüş ve kaç’ teorisini savunuyordu. Yeni çalışma, bu iki teoriyi birleştirerek tartışmaya nokta koydu. Araştırma, sinirsel iletimin hızını ve güvenilirliğini sağlayan temel mekanizmayı tanımlıyor.
BEYİN VE ÖTESİNE UYGULAMA
USTC tarafından yapılan açıklamada, çalışmanın, sinir sisteminin bilgi işleme mekanizmalarına dair anlayışı derinleştirdiği ve hücresel yaşamın işleyişine yeni bir pencere açtığı belirtildi.
