Erwin Neher Kimdir?

Hücre biyolojisinin en temel sorularından birine yanıt veren ve sinir hücrelerinden kalp kasına kadar tüm canlı dokulardaki elektrik sinyallerinin kökenini moleküler düzeyde gözlemlemeyi mümkün kılan “patch-clamp” tekniğini geliştirerek 1991 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü kazanan Alman biyofizikçi Erwin Neher kimdir?

Onun buluşu, biyoloji ve tıp tarihinde bir dönüm noktası olmuş; hücre zarındaki tek bir iyon kanalının açılıp kapanma anını ve bu sırada akan elektrik akımını ilk kez doğrudan ölçmeyi mümkün kılmıştır.

Neher’in geliştirdiği yöntem sayesinde bilim insanları, sinir iletiminden kas kasılmasına, kalp atışlarının düzenlenmesinden hafıza oluşumuna kadar canlılığın temelindeki elektriksel süreçleri moleküler düzeyde anlamaya başlamıştır. Bugün, diyabet, epilepsi, kalp aritmileri, kistik fibroz ve birçok nörolojik hastalığın tedavisinde geliştirilen ilaçların önemli bir kısmı, Neher ve meslektaşı Bert Sakmann’ın yarım asır önce attığı bu bilimsel temeller sayesinde mümkün olmuştur.

Erwin Neher Biyografi

Erwin Neher, 20 Mart 1944 tarihinde Almanya’nın Bavyera eyaletinde yer alan Landsberg am Lech kasabasında dünyaya gelmiştir. Babası Franz Xaver Neher, bir süt ürünleri şirketinde yönetici olarak çalışırken, annesi Elisabeth Pfeiffer öğretmendi. Neher’in doğduğu dönem, II. Dünya Savaşı’nın son yıllarına denk geliyordu; savaşın yıkıntıları arasında büyüyen küçük Erwin, erken yaşlarda gözlem yeteneği ve merak duygusuyla dikkat çekiyordu. Almanya’nın savaş sonrası toparlanma yıllarında, fiziksel ve bilimsel keşiflere olan ilgisi giderek artıyordu.

Landsberg, tarihi boyunca birçok önemli olaya tanıklık etmiş bir kasabaydı, ancak Neher için bu kasaba, evinin hemen arkasındaki atölyelerde buhar motorları ve mekanik sistemlerle oynayarak geçen bir çocukluk demekti. Küçük yaşlarda radyo ve elektronik cihazlara olan tutkusu, onun ileride biyofizik alanına yönelmesinin habercisiydi. O dönemde bir çocuğun elektrik devreleriyle uğraşması alışılmadık bir durumdu; ancak Neher bu merakını hiç kaybetmedi. Babasının işi gereği tarım ve hayvancılıkla da iç içe olan Neher, doğa ile bilimin kesiştiği bu ortamda, canlı sistemlerin ardındaki fiziksel yasaları anlama arzusuyla büyüdü.

Erwin Neher’ın Eğitim Hayatı

Neher, üniversite eğitimine 1963 yılında Münih Teknik Üniversitesi’nde (Technische Universität München) başlamış ve burada fizik eğitimi almıştır. Özellikle elektronik ve ölçüm tekniklerine duyduğu derin ilgi, onu dönemin en prestijli mühendislik okullarından birine yönlendirmişti. Ancak Neher, klasik fizik eğitiminin ötesine geçerek canlı sistemlerin elektriksel davranışlarını anlamaya hevesliydi. 1966 yılında kazandığı Fulbright Bursu, onun için bir dönüm noktası oldu. Bu burs sayesinde ABD’ye giden Neher, bir yıl boyunca Wisconsin-Madison Üniversitesi’nde biyofizik alanında yüksek lisans eğitimi aldı ve 1967 yılında Master of Science derecesini kazandı.

Wisconsin’de geçirdiği bu yıl, Neher’in biyofizik alanındaki kariyerinin temelini attı. Burada, canlı hücrelerin içindeki elektriksel olayları fiziksel prensiplerle açıklama fikri giderek olgunlaştı. Yüksek lisansını tamamladıktan sonra Almanya’ya dönen Neher, doktora eğitimine Münih Teknik Üniversitesi’nde devam etti. 1970 yılında, Max Planck Psikiyatri Enstitüsü’nde yaptığı çalışmalarla doktora derecesini aldı. Doktora tezi sırasında, hücre zarlarındaki iyon kanallarının varlığına dair ipuçları aramaya başlamıştı. Neher’in bu erken dönem çalışmaları, henüz doktora öğrencisiyken yeni bir potasyum kanalını keşfetmesiyle sonuçlandı. Bu keşif, onun adını bilim dünyasına duyurdu ve gelecekteki büyük buluşunun ilk kıvılcımını oluşturdu.

Erwin Neher Patch-Clamp Tekniğini Nasıl Geliştirmiştir?

Neher’in bilim tarihine geçen en büyük katkısı, 1976 yılında Bert Sakmann ile birlikte geliştirdiği “patch-clamp” (yama-kelepçe) tekniğidir. Bu yöntem, hücre zarındaki tek bir iyon kanalından geçen pikoamper (saniyede milyarda bir amper) düzeyindeki elektrik akımını ilk kez doğrudan ölçmeyi mümkün kılmıştır. Peki Neher ve Sakmann bu dâhiyane fikri nasıl hayata geçirdiler?

1970’lerin başında, bilim dünyasında iyon kanallarının varlığına dair güçlü teorik kanıtlar olmasına rağmen, bu kanalların doğrudan gözlemlenmesi teknik olarak imkânsız kabul ediliyordu. Hodgkin ve Huxley’in 1952’deki çığır açıcı çalışmaları, sinir hücrelerinde iyon akışlarının varlığını göstermişti, ancak bu ölçümler milyonlarca kanalın toplam akımını temsil ediyordu. Neher ve Sakmann ise tek bir kanalın davranışını görmek istiyordu.

Aradıkları çözüm, ince bir cam mikroelektrottan geçiyordu. Neher ve Sakmann, bir cam pipetin ucunu yaklaşık bir mikron çapında incelterek hücre zarına nazikçe değdirdi. Ardından pipete hafif bir negatif basınç uygulayarak, zarın küçük bir yamasını (patch) pipetin ucuna sıkıca yapıştırdılar. Bu yama o kadar sıkıydı ki, gigohm (milyar ohm) seviyesinde elektriksel bir direnç oluşturuyordu. Bu teknik, “gigaseal” olarak adlandırıldı ve Neher’in keşfinin kalbinde yer aldı. Bu sıkı mühür sayesinde, pipetin içindeki elektrot, yamanın altındaki tek bir iyon kanalından geçen iyon akışını, çevredeki elektriksel gürültüden etkilenmeden kaydedebiliyordu.

1976 yılında Nature dergisinde yayımladıkları makalede, Neher ve Sakmann, kurbağa kas hücrelerinde tek bir asetilkolin reseptör kanalının açılıp kapandığı anı ve bu sırada akan pikoamper düzeyindeki akımı gösteren ilk kayıtları sundular. Bu bulgu, on yıllardır süren teorik tartışmaları sona erdirdi ve iyon kanallarının varlığını fiziksel bir gerçeklik olarak tüm bilim dünyasına kabul ettirdi.

İyon Kanallarının Sırları Nasıl Çözülmüştür?

Hücre zarındaki iyon kanalları, canlılığın temel iletişim ağını oluşturan protein yapılardır. Bu kanallar sayesinde sodyum, potasyum, kalsiyum ve klor gibi yüklü atomlar (iyonlar), hücrenin içine ve dışına kontrollü bir şekilde geçer. Sinir hücrelerinde elektrik sinyallerinin (aksiyon potansiyelleri) oluşması, kasların kasılması, kalbin ritmik atması ve hatta düşünme sürecimiz, tamamen bu iyon kanallarının milisaniyeler mertebesinde açılıp kapanmasıyla mümkün olur.

Neher ve Sakmann’ın patch-clamp tekniği, bilim insanlarına bu kanalları “canlı olarak” ve “tek tek” izleme imkanı tanıdı. Artık bir kanalın hangi koşullarda açıldığını, ne kadar süre açık kaldığını, hangi iyonları geçirdiğini ve hangi ilaçların bu davranışı değiştirdiğini doğrudan gözlemlemek mümkün hale gelmişti. Bu teknik, biyolojik bir sistemi çalışma prensibiyle ölçen bir “elektronik dinleme cihazı” gibi çalışıyordu.

Patch-clamp sayesinde yapılan keşifler, modern tıbbın birçok alanını dönüştürdü. Diyabet hastalığında pankreas beta hücrelerindeki potasyum kanallarının rolü, epilepside nöronların aşırı uyarılmasına yol açan sodyum kanalı mutasyonları, kalp aritmilerinde iyon kanalı blokerlerinin tedavi edici etkisi, bu tekniğin doğrudan ürünleridir. Günümüzde geliştirilen birçok ilaç, patch-clamp yöntemiyle hedef iyon kanalları üzerinde test edilmekte ve optimize edilmektedir.

Erwin Neher Nobel Ödülü’nü Neden Kazanmıştır?

Erwin Neher, 1991 yılında Bert Sakmann ile birlikte “hücrelerdeki tek iyon kanallarının işlevine ilişkin keşifleri” nedeniyle Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’ne layık görülmüştür. İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, yaptığı açıklamada, Neher ve Sakmann’ın geliştirdiği patch-clamp tekniğinin, hücre biyolojisi ve nörobilim alanlarında devrim yarattığını ve bu çalışmaların sinir sistemi, kas sistemi ve endokrin sistem gibi birçok fizyolojik sürecin moleküler temellerinin anlaşılmasında dönüm noktası olduğunu vurgulamıştır.

Nobel Ödülü’nü kazandığında 47 yaşında olan Neher, ödülü Stockholm’de düzenlenen törende büyük bir alçakgönüllülükle kabul etti. 9 Aralık 1991’de Karolinska Enstitüsü’nde verdiği Nobel Konferansı’nda “Hücreler Arası ve Hücre İçi İletişim için İyon Kanalları” başlıklı konuşmasında, bu başarının tek bir kişiye değil, onlarca yıl süren bir iş birliğinin ürünü olduğunu vurguladı. Neher, ödül konuşmasında, meslektaşı Bert Sakmann ile birlikte yürüttükleri çalışmaların hikayesini anlatırken, bilimsel keşiflerin sabır, merak ve bazen de tamamen beklenmedik anlarda gelen ilhamlarla şekillendiğini ifade etti.

Erwin Neher’ın Aldığı Diğer Önemli Ödüller Nelerdir?

Neher, Nobel Ödülü’nün yanı sıra, kariyeri boyunca dünyanın en prestijli birçok bilim ödülüne layık görülmüştür. Bu ödüller, onun patch-clamp tekniğinin ve iyon kanalları alanındaki çalışmalarının evrensel etkisinin birer kanıtıdır. İşte aldığı başlıca ödüller:

• Louisa Gross Horwitz Ödülü (1986, Bert Sakmann ile birlikte)
• Gottfried Wilhelm Leibniz Ödülü (1987, Almanya’nın en yüksek araştırma ödülü)
• Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü (1991, Bert Sakmann ile birlikte)
• Ralph W. Gerard Ödülü (1991, Sinirbilim Derneği tarafından)
• Karl Küpfmüller Yüzüğü (2004)

Neher, aynı zamanda Alman Bilimler Akademisi Leopoldina, Göttingen Bilimler Akademisi, Amerikan Sanat ve Bilim Akademisi ve Royal Society gibi dünyanın en saygın bilim kurumlarının üyesidir. 1995 yılında Almanya Federal Cumhuriyeti Liyakat Nişanı’nın Büyük Haçını almış ve Pour le Mérite Bilim ve Sanat Nişanı’na kabul edilmiştir. Bilim dünyasına yaptığı katkılar nedeniyle birçok üniversiteden fahri doktora unvanı almıştır.

Erwin Neher’ın Bilimsel Mirası Günümüzde Nasıl Yaşamaktadır?

Erwin Neher’ın bilimsel mirası, günümüz modern tıbbının ve biyoteknolojisinin her alanında canlılığını korumaktadır. Onun geliştirdiği patch-clamp tekniği, bugün dünyanın dört bir yanındaki binlerce laboratuvarda standart bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Yeni bir ilaç molekülünün hedef iyon kanalı üzerindeki etkisini test etmek için patch-clamp altın standart kabul edilir. Özellikle ağrı tedavisi, epilepsi, kalp ritim bozuklukları, diyabet ve otoimmün hastalıklar gibi alanlarda kullanılan birçok ilacın geliştirilme süreci, Neher ve Sakmann’ın tekniği sayesinde mümkün olmuştur.

Günümüzde yaygın olarak kullanılan otomatik patch-clamp sistemleri, ilaç keşif süreçlerini hızlandırarak binlerce bileşiğin yüksek verimli taranmasını sağlamaktadır. Neher, 2011 yılında Max Planck Biyofizik Kimya Enstitüsü’ndeki direktörlük görevinden emekli olmasına rağmen, Emeritus Grup Başkanı olarak çalışmalarına devam etmektedir. Araştırma ilgi alanları, iyon kanallarından nörotransmitter salınımı ve ekzositozun moleküler mekanizmalarına doğru genişlemiştir.

Neher, bilimsel kariyerinin yanı sıra, bilimin toplumla buluşmasına da büyük önem vermiştir. 2003 yılında 21 Nobel Ödülü sahibiyle birlikte Hümanist Manifesto’yu imzalayan Neher, aydınlanma değerlerinin ve bilimsel düşüncenin savunucusu olarak tanınmaktadır.

Erwin Neher’ın hikayesi, küçük bir Bavyera kasabasında radyolarla oynayan meraklı bir çocuğun, hücrenin en derin sırlarına dokunan bir bilim insanına dönüşmesinin ilham verici bir öyküsüdür. Onun eli, bilimin en güçlü araçlarından birini geliştiren usta bir zanaatkârın, aklı ise bu aracın gösterdiği verileri anlamlandıran bir dâhinin hikayesidir. Bugün dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlarda her gün patch-clamp kullanılarak yapılan her deney, Neher’ın yarım asır önce attığı temeller üzerinde yükselmektedir.

Künye / Kişisel Bilgiler