আলো দিয়ে মস্তিষ্কের সুইচ: অপটোজেনেটিক্সের গল্প

এই বছরের চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল প্রাপকদের কাজের প্রভাব সুদূর প্রসারিত। শতাব্দীর পর শতাব্দী ধরে বিজ্ঞানী ও দার্শনিকরা মনের সন্ধান করে গেছেন নানান উপায়ে, তার মধ্যে ভাববাদের দিক ছিল,বস্তুবাদেরও দিক ছিল আবার দুইয়ের মিশেল ছিল। কিন্তু একটা সময়ের পর বিজ্ঞানের ও প্রযুক্তির অগ্রগতি অন্ত্যত একটা বিষয় নিশ্চিত করে দিয়েছে যে মনের  শুলুক-সন্ধান পাওয়া যাবে মগজেই - পথটা অত্যন্ত জটিল,দুরূহ ও দীর্ঘস্থায়ী - এইবারের নোবেল বিজয়ীরা কিছুটা ব্যতিক্রমী পথে হেঁটেই সেই পথের সন্ধানে গেছেন। 
এই দীর্ঘ প্রবন্ধের লেখক ,যিনি নিজে একজন স্নায়ুবিজ্ঞানী, চেষ্টা করেছেন যতটা সহজভাবে বক্তব্যগুলো আমাদের সামনে উপস্থাপন করতে পারেন। 

তিনটি পর্বে এই প্রবন্ধ প্রকাশিত হবে, আজ রইল তার দ্বিতীয় কিস্তি।  

সন্ধান মিলল নতুন অণুজীবের, আরও রঙের

একবার জানা হয়ে যাওয়ার পর বিজ্ঞানীরা অন্যান্য জীবের মধ্যেও খুঁজতে লাগলেন, এবং খোঁজ পেলেনও। আজকের গবেষকের হাতে যে রঙিন সুইচবোর্ডটি আছে, তার প্রতিটি বোতাম কোনও না কোনও অণুজীবের কাছ থেকে ধার করা।
ভলভক্স নামের শ্যাওলা থেকে এল এমন একটি সংস্করণ, যা সবচেয়ে ভালো সাড়া দেয় চ্যানেলরোডপসিন-২-এর চেয়ে প্রায় ৭০ ন্যানোমিটার দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যে, অর্থাৎ সবুজ আলোয়; তাকে হলুদ আলো দিয়েও চালানো যায়, আর এই দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো টিস্যুর তুলনামূলকভাবে বেশি গভীরে পৌঁছতে পারে। কোষকে থামানোর একটি গুরুত্বপূর্ণ যন্ত্র অবশ্য এসেছিল শ্যাওলা থেকে নয়, অতিলবণপ্রিয় আর্কিয়া থেকে: তার নাম হ্যালোরোডপসিন, যা হলুদ আলো শুষে ক্লোরাইড আয়ন কোষের ভেতরে পাম্প করে। অণুজীবের অপসিনগুলির মধ্যে এটিই প্রথম স্নায়ুকোষ চুপ করানোর কাজে ব্যবহৃত হয়; ২০০৭ সালে দুটি গবেষকদল প্রায় একই সময়ে স্বাধীনভাবে এটি দেখান। পরে গিলার্ডিয়া থেটা নামের এক শৈবাল থেকে পাওয়া গেল ঋণাত্মক আয়ন বইয়ে নেওয়া চ্যানেল; সেটিও উপযুক্ত পরিস্থিতিতে স্নায়ুকোষের কার্যকলাপ দমন করতে পারে।

আমাদের নিজেদের চোখের কোষগুলি কেন যথেষ্ট ছিল না?

এখানে এমন একটা স্বাভাবিক প্রশ্ন ওঠে, যা ২০০২ সালের প্রথম গবেষণাপত্রটির এক পর্যালোচকও তুলেছিলেন: অণুজীবদের থেকে এত ধার করার দরকারটাই বা কী, আমাদের চোখে তো আলোয় সাড়া দেওয়া কোষ এমনিতেই তৈরি আছে?
আসল কারণটা আণবিক। প্রাণীর চোখের রোডপসিন নিজে কোনও আয়ন চলাচল করায় না। সে কেবল আলো গ্রহণ করে এবং রাসায়নিক শৃঙ্খলে প্রথম ধাক্কাটা দেয়; তারপর একের পর এক সহায়ক প্রোটিন পরবর্তী ধাপগুলিকে সক্রিয় করে, আর শেষে গিয়ে আসল দরজাটা বন্ধ হয়। এই সহায়ক প্রোটিনগুলি চোখের কোষে বিশেষভাবে সাজানো থাকে।
চ্যানেলরোডপসিনের ক্ষেত্রে সুবিধা হল, আলো শনাক্ত করা আর আয়ন চলাচলের পথ খুলে দেওয়া, দুটো কাজই একই প্রোটিন করে। অর্থাৎ একটিমাত্র জিন, আর সে প্রায় যে কোনও কোষে বসেই কাজ করতে পারে। মাইজেনবকের ২০০২ সালের পদ্ধতিতে তিনটি জিন ঢোকাতে হয়েছিল ঠিক এই কারণেই, আর সেই ব্যবস্থাটি এসেছিল ফলের মাছি থেকে, যার সংকেত-শৃঙ্খল আমাদের রড ও কোনের শৃঙ্খল থেকে আলাদা। বাড়তি সুবিধা, চোখের অপসিন একবার আলো ধরার পর খানিকক্ষণ অকেজো হয়ে পড়ে, আর তার রেটিনাল অণুটি বদলে দিয়ে তাকে আবার "রিচার্জ" করতে হয়; অথচ চ্যানেলরোডপসিন নিজে নিজেই আগের অবস্থায় ফিরে আসে।
রড ও কোনের আরও দুটো বৈশিষ্ট্য এই প্রসঙ্গে জেনে রাখা ভালো, কারণ সেগুলো আমাদের দৃষ্টির ব্যাকরণ বোঝায়। প্রথমত, তারা নিজেরাই স্নায়ুকোষ। ভ্রূণাবস্থায় অগ্রমস্তিষ্কের একটি অংশ বাইরের দিকে বেড়ে গিয়ে রেটিনা ও অপটিক নার্ভ তৈরি করে, তাই রেটিনা কার্যত মস্তিষ্কেরই সম্প্রসারিত অংশ; চোখের বাকি অংশ, যেমন লেন্স আর কর্নিয়ার বাইরের স্তর, আসে অন্য উৎস থেকে। তবে রড ও কোন বেশির ভাগ স্নায়ুকোষের মতো "স্পাইক" করে না; তারা ভোল্টেজ একটু বাড়িয়ে-কমিয়ে ধারাবাহিকভাবে বার্তা পাঠায়, সুইচের মতো নয়, ডিমারের মতো। রেটিনা থেকে মস্তিষ্কে যাওয়া স্পাইকের প্রধান বাহক গ্যাংলিয়ন কোষ, যাদের অ্যাক্সনই চোখ ছেড়ে বেরোয়, যদিও রেটিনার ভেতরে কিছু অ্যামাক্রিন কোষও স্পাইক করে।
দ্বিতীয়ত, রড ও কোন আলোয় উল্টো আচরণ করে। অন্ধকারে রড ও কোন সক্রিয় থাকে, আর আলো পড়লে তাদের দরজা বন্ধ হয়ে যায়। তবু আমরা আলোর উপস্থিতি কীভাবে টের পাই? কারণ পরের স্তরে বাইপোলার কোষের একদল সংকেতের দিক উল্টে দেয় আর অন্যদল দেয় না; রেটিনা উপরে পাঠায় একই ঘটনার দুটো তথ্য: আলো বাড়ার খবর আর আলো কমার খবর।

এই অদলবদলের দাম

প্রকৃতি মেরুদণ্ডী প্রাণীর চোখের ক্ষেত্রে বেছে নিয়েছিল সংবেদনশীলতা। ওই লম্বা রাসায়নিক শৃঙ্খলটা আসলে একটা বিশাল সিগন্যাল অ্যামপ্লিফায়ার বা বিবর্ধক, আর সেই কারণেই অন্ধকার ঘরে একটিমাত্র আলোককণা এসে পড়লেও রড সেটা জানিয়ে দিতে পারে। চ্যানেলরোডপসিনে তেমন বিবর্ধন(amplification) নেই; বিনিময়ে সে পেয়েছে গতি ও তুলনামূলক সরলতা, যা একটি এককোষী জীবের পক্ষে একাধারে প্রয়োজনীয় এবং যথেষ্ট। এই বিবর্ধনের অভাবেই গবেষণাগারে চ্যানেলরোডপসিন সক্রিয় করতে সাধারণত অনেক উজ্জ্বল আলোর প্রয়োজন হয়। এই ঔজ্জ্বল্যের মাত্রা আবার নির্দিষ্ট প্রোটিন, কোষ ও পরীক্ষা-নিরীক্ষার ছকের উপর নির্ভর করে।

মস্তিষ্কে প্রয়োগ, আর কৃতিত্বের ভাগাভাগি

এ পর্যন্ত কাজের ভাগটা পরিষ্কার: হেগেমান প্রশ্নটা তুলেছিলেন ও জিনগুলির সন্ধান পেয়েছিলেন, আর নাগেল প্রমাণ করেছিলেন যে প্রোটিনটি নিজেই একটি আলো-চালিত দরজা এবং প্রাণীকোষেও একা দাঁড়িয়ে কাজ করতে পারে। কিন্তু দুজনের কেউই স্নায়ুবিজ্ঞানী ছিলেন না, আর আবিষ্কারটা তখনও শ্যাওলার জীববিজ্ঞানের ভেতরেই আটকে ছিল। সেখান থেকে একে মস্তিষ্কে নিয়ে গেলেন তৃতীয় জন।
কার্ল ডাইসেরথ একাধারে স্নায়ুবিজ্ঞানী ও মনোরোগ চিকিৎসক। ক্লিনিকে রোগী দেখার অভিজ্ঞতা থেকেই তাঁর আগ্রহ জন্মেছিল, মস্তিষ্কের স্নায়ুবর্তনী কীভাবে অনুভূতি ও আচরণ তৈরি করে তা জানার। জিনের নকশাটি জার্মানি থেকে চেয়ে নেওয়া হয়, আর নাগেল সঙ্গে সঙ্গেই তা পাঠিয়ে দেন।
তারিখগুলো অবশ্য নিখুঁতভাবে জানা যায়, কারণ ডাইসেরথ পরে তাঁর গবেষণা-খাতার পাতাটি প্রকাশ করেছেন। ২০০৪ সালের ১ জুলাই স্নায়ুকোষে জিনটি ঢোকানো হয়, আর ১৪ জুলাই একটি পরোক্ষ রাসায়নিক পরিমাপে কোষে কোষে সাড়া গুনে দেখা হয়। পরের ধাপটি, অর্থাৎ আলোর ঝলকে কোষ ঠিক সময়মতো বৈদ্যুতিক সংকেত পাঠাচ্ছে কি না তার সরাসরি প্রমাণ, আসে ৪ অগস্ট ২০০৪-এ, এড বয়ডেনের হাতে, রিচার্ড সিয়েনের গবেষণাগারে। চ্যানেলরোডপসিন-২-এর জিন বসানো একটি স্নায়ুকোষে প্যাচ ক্ল্যাম্প বসিয়ে বয়ডেন তার বৈদ্যুতিক কার্যকলাপ মাপছিলেন, আর কোষটির উপর ফেলছিলেন মিলিসেকেন্ড-স্থায়ী নীল আলোর ছোট ছোট ঝলক। তাঁর বিবরণ অনুযায়ী প্রথম কোষটিতেই দেখা গেল, প্রতিটি ঝলকে চ্যানেলগুলি সঙ্গে সঙ্গে খুলে যাচ্ছে, ধনাত্মক আয়ন ভেতরে ঢুকছে, আর কোষটি ঠিক ঝলকের তালে তালে একটি করে স্পাইক পাঠাচ্ছে।
কাজটি তাই একার তো ছিলই না, গবেষণার কাজগুলিও এক গবেষণাগারে সীমিত ছিল না। বয়ডেনের হিসেব অনুযায়ী ২০০৫ সালের গবেষণাপত্রের পরীক্ষাগুলির প্রায় অর্ধেক হয়েছিল সিয়েনের গবেষণাগারে, এবং তিনি নিজেই লিখেছেন যে প্রথম প্রবন্ধে সে কথা স্বীকার না করা তাঁর আফসোসের বিষয়। ওই প্রবন্ধে ডাইসেরথ, বয়ডেন ও ফেং ঝাংয়ের সঙ্গে নাগেল ও বামবার্গও ছিলেন। কাছাকাছি সময়ে আরও কয়েকজন স্বাধীনভাবে একই দিকে এগোচ্ছিলেন। যেমন চুও-হুয়া প্যান, যিনি অন্ধ চোখে আলোর সাড়া ফেরানোর লক্ষ্যে কাজ করছিলেন, নিজের বিবরণ অনুযায়ী ২০০৪ সালের গোড়াতেই রেটিনার গ্যাংলিয়ন কোষে চ্যানেলরোডপসিন বসিয়ে আলোয় সাড়া পেয়েছিলেন, যদিও তাঁর প্রবন্ধ প্রকাশিত হতে ২০০৬ সাল লেগে যায়।
"অপটোজেনেটিক্স" শব্দটি আসে ২০০৬ সালে, ডাইসেরথ-সহ ছয়জনের একটি পর্যালোচনা-প্রবন্ধে। এরপর গড়ে ওঠে গোটা সরঞ্জামটি: কোষের কার্যকলাপ দমনের প্রোটিন, নানা রঙে সাড়া দেওয়া প্রোটিনের বিভিন্ন সংস্করণ, আর মস্তিষ্কে আলো পৌঁছে দেওয়ার ব্যবস্থা।
শেষেরটার বিষয়ে আলাদা করে বলা দরকার, কারণ প্রোটিন হাতে আসার পরেও ওটা ছিল সম্পূর্ণ আলাদা একটা সমস্যা। মস্তিষ্কের টিস্যু আলোর পক্ষে স্বচ্ছ নয়, সে আলোকে চারিদিকে ছিটিয়ে দেয়। মেপে দেখা গেছে, কর্টেক্সের মাত্র ১০০ মাইক্রোমিটার পেরোতেই আলোর অর্ধেক হারিয়ে যায়, আর এক মিলিমিটারে হারায় নব্বই শতাংশ। অর্থাৎ মাথার বাইরে থেকে যত জোরালো আলোই ফেলা হোক, গভীরের কোষ পর্যন্ত কাজের মতো আলো পৌঁছয় না।
সমাধান হল সরু একটি অপটিক্যাল ফাইবার সরাসরি মস্তিষ্কের ভেতরে বসিয়ে দেওয়া, যার ডগা গিয়ে পৌঁছয় ঠিক লক্ষ্যস্থলে। মাপগুলো বলে দিলে ব্যাপারটা পরিষ্কার হয়। ফাইবারের ভেতরের অংশ প্রায় দুশো মাইক্রোমিটার চওড়া, অর্থাৎ এক মিলিমিটারের পাঁচ ভাগের এক ভাগ। তার ডগায় আলোর তীব্রতা থাকে প্রতি বর্গমিলিমিটারে প্রায় ৩৮০ মিলিওয়াট, অথচ চ্যানেলরোডপসিন-২ জাগাতে দরকার ওই মাপে মোটে ১ মিলিওয়াট। এই বিপুল ব্যবধানটুকুই কাজের: টিস্যু যতই আলো শুষে নিক, ডগা থেকে প্রায় ১.৪ মিলিমিটার দূর পর্যন্ত আলো সীমার উপরে থেকে যায়, আর সব মিলিয়ে আলোকিত হয় প্রায় আধ ঘন মিলিমিটার জায়গা।
অল্প জায়গায় প্রচণ্ড জোরালো আলো, আর তার বাইরেটা অন্ধকার। ফাইবার তাই জিনের বাছাইয়ের সঙ্গে জায়গার বাছাই জুড়ে দেয়: কোন ধরনের কোষ সাড়া দেবে তা ঠিক করে জিন, আর কোথাকার কোষ সাড়া দেবে তা ঠিক করে আলোর নাগাল। সুনির্দিষ্ট পরীক্ষার জন্য দুটোই দরকার।
এই ফাইবার-অপটিক্সের প্রাথমিক নকশাটি করেছিলেন ফেং ঝাং, ২০০৬ সালে। ডাইসেরথ পরে বলেছেন, সেই পুরনো নকশাটি দেখতে প্রায় আজকের ব্যবস্থার মতোই। ফলটা প্রথম স্পষ্ট হয় পরের বছর: ঝাং একটি ইঁদুরের মস্তিষ্কের ডান দিকে ফাইবার বসিয়ে আলো জ্বালালেন, আর ইঁদুরটি সঙ্গে সঙ্গে বাঁ দিকে ঘুরতে শুরু করল। ডাইসেরথের কথায়, ঠিক ওই মুহূর্তে তাঁরা বুঝেছিলেন যে পদ্ধতিটিকে সর্বত্র কাজে লাগানো যাবে। ২০১০ সালে নেচার মেথডস পত্রিকা অপটোজেনেটিক্সকে বছরের সেরা পদ্ধতির স্বীকৃতি দেয়।
আলো আর মস্তিষ্ক নিয়ে ডাইসেরথের আরেকটি কাজও এখানে মনে রাখার মতো, যদিও সেটি অপটোজেনেটিক্স থেকে আলাদা। ২০১৩ সালে তাঁর নেতৃত্বে একটি দল ক্ল্যারিটি নামের একটি পদ্ধতি তৈরি করে; এ নিয়ে প্রকাশিত প্রবন্ধের প্রধান লেখক ছিলেন তাঁরই গবেষণাগারের কোয়াংহুন চাং। এতে মৃত্যুর পরে সংরক্ষিত গোটা মস্তিষ্ককে প্রায় কাচের মতো স্বচ্ছ করে তোলা যায়: টিস্যুর কাঠামোকে একটি জেলে আটকে রেখে, আলো ছিটিয়ে দেয় এমন অণুগুলোকে ধুয়ে বার করে দেওয়া হয়। আগে ইঁদুরের মস্তিষ্কের ভেতরটা দেখতে হলে তাকে পাতলা ফালি করে কেটে নিতে হত, কারণ আলো কেবল পাতলা স্তরই পেরোতে পারে; তারপর অসংখ্য টুকরোর ছবি জুড়ে গোটা ছবিটাকে পুনর্নির্মাণ করতে হত। এখন গোটা ইঁদুরের মস্তিষ্কেই ভেতরের কোষ আর তাদের সংযোগ দেখা যায়। এটি জীবন্ত মস্তিষ্ককে নিয়ন্ত্রণ করার নয়, মৃত মস্তিষ্ককে দেখবার পদ্ধতি; তবু মস্তিষ্কের মানচিত্র তৈরিতে এর প্রভাবও হয়তো একই রকম যুগান্তকারী, আর হয়তো একদিন এর জন্যও ডাইসেরথের কাছে নোবেলের ডাক আসবে।
অপটোজেনেটিক্সের আরেক অগ্রণী এড বয়ডেন ২০১৫ সালে প্রায় একই ধরনের জেল-রসায়নকে কাজে লাগিয়ে আরেকটি কৌশল তৈরি করেন: ফুলে উঠতে পারে এমন একটি জেলের মধ্যে টিস্যুকে গেঁথে দিয়ে, টিস্যুটিকেই আয়তনে বড় করে তোলেন, যাতে সাধারণ মাইক্রোস্কোপেও প্রায় ৭০ ন্যানোমিটার মাপের খুঁটিনাটি দেখা যায়। এর নাম হল এক্সপ্যানশন মাইক্রোস্কোপি।

পুরস্কার মাত্র তিনজনকেই দেওয়া সম্ভব

নোবেলের নিয়ম অনুযায়ী একটি পুরস্কার সর্বোচ্চ তিনজনের মধ্যে ভাগ হতে পারে। এবার যাঁদের নাম আসেনি, তাঁদের মধ্যে সাধারণত উল্লেখ করা হয় এড বয়ডেন, ফেং ঝাং, আর্নস্ট বামবার্গ ও গেরো মাইজেনবকের নাম।
আগের পুরস্কারগুলিতে কৃতিত্ব বড় পরিসরে ভাগ করা হয়েছিল। ২০১৩ সালের ব্রেন প্রাইজ পেয়েছিলেন ছ'জন: বামবার্গ, বয়ডেন, ডাইসেরথ, হেগেমান, মাইজেনবক ও নাগেল। আর ২০২১ সালের ল্যাসকার পুরস্কার পান ডিটার ওস্টারহেল্ট, পিটার হেগেমান ও কার্ল ডাইসেরথ, আলোকসংবেদী অণুজীব-প্রোটিন আবিষ্কার ও অপটোজেনেটিক্সের উন্নয়নে তাঁদের অবদানের জন্য।
প্রকাশ: ৩০-অক্টোবর-২০২৬

---

---

শেষ এডিট:: 29-Oct-26 18:27 | by 4
Permalink: https://cpimwestbengal.org/switching-the-brain-with-light-the-story-of-optogenetics - exists in postID 32345
Categories: Current Affairs
Tags: nobel prize physiology, optogenetics