23.05.2017
Контекст

Змеиные гены помогут бороться с депрессией

Российские биологи научились управлять нейронной сетью с помощью ИК-лучей

Что произошло?

Сотрудники Института биоорганической химии РАН вместе с коллегами из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и МГУ изобрели новый способ стимуляции нервных клеток инфракрасным излучением, вживляя в нейроны млекопитающих белки-терморецепторы змей. Результаты их исследования, которые были размещены в научном журнале Nature Communications, помогут без хирургического вмешательства возбуждать нейронные сети в труднодоступных участках мозга.

Как зарождалась идея?

В 1979 году Фрэнсис Крик, который вместе с Джеймсом Уотсоном открыл и описал строение ДНК, сказал, что основная задача нейробилогии — создать метод, который позволит стимулировать определенный тип нервных клеток так, что другие этот стимул не воспримут. Его идея была реализована только в 2005 году командой биологов из Стэнфордского университета, которую возглавил Карл Дейссерот. Американцы смогли активировать нервные клетки при помощи светового облучения. Свой метод они назвали оптогенетикой.

Нейроны становились чувствительными к свету благодаря встроенным внутрь рецепторным белкам, которые помогают животным ориентироваться в пространстве и искать пищу. Существует несколько типов белков-рецепторов. Затухание и вспышки света воспринимают родопсины и фототропины (участвуют в ночном и цветном зрении), а на изменение температуры реагируют терморецепторы семейства TRP (Transient receptor potential). Благодаря им мы понимаем, что перегрелись или замерзли, ощущаем «жжение» острого соуса или «холодок» от жвачки с ментолом. Терморецепторы стали основой нового метода — термогенетики, которая позволила локально воздействовать на нейроны ИК-излучением.

Экспериментальная часть

В своих опытах российские ученые использовали термочувствительные каналы (TRPA1) змей. У многих пресмыкающихся, например, копьеголовых змей, развито термозрение. Между глазом и носом с обеих сторон головы у них находится особый орган — ямка, начиненная нейронами, в мембране которых заключены рецепторы TRPA1. Это своеобразный термолокатор (рецепторы реагируют на ИК-волны), который позволяет змеям отслеживать жертву в темноте.

Источник: indicator.ru
Источник: indicator.ru

Сначала ученые работали с нервными клетками мышей. Из лазерной установки на нейроны наводили инфракрасный луч и отмечали их возбуждение, измеряя количество ионов, которые проходили через мембрану.

С помощью термогенетики можно влиять на поведенческие реакции любого организма. Ученые поставили эксперимент на рыбках Данио, разделив их на две группы. В нейроны одних рыбок они вживили змеиные терморецепторы, на других нанесли флуоресцентную метку. После этого ученые начали повышать температуру отдельных участков их тел, используя инфракрасный лазер диаметром 60 микрометров. Рыбки из экспериментальной группы рефлекторно двигали хвостом и пытались уплыть, потому что луч создавал иллюзию прикосновения, в то время как контрольная группа игнорировала лазер.

В чем прелесть термогенетического подхода?

— Наш метод открывает широкие перспективы для его использования в науке и для дальнейших разработок, —  говорит Всеволод Белоусов, руководитель исследования, заведующий Лабораторией молекулярных технологий Института биоорганической химии РАН.

Термогенетика позволяет ставить эксперименты на модельных животных вроде мальков рыб и плодовых мушек. Они не замечают ИК-лучей, поэтому ученые могут не опасаться побочных реакций.

ИК-излучение проникает в ткани намного глубже видимого света, а значит у медиков появится возможность воздействовать на самые труднодоступные слои мозга. Помимо этого, можно варьировать длину ИК-волн и контролировать интенсивность нагрева. Это важный момент, потому что для стимуляции ткани нужна температура не выше 1-2 градусов. Слишком низкая температура неспособна активировать нейроны, а слишком высокая приведет к их гибели.

Преимущество метода в том, что он применим не только для точечной стимуляции нейронов, но и для других типов клеток. Все это приведет к возникновению новых терапевтических подходов: инструменты термогенетики позволят без лекарств и операций бороться с болезнью Паркинсона, депрессией, эпилепсией и другими патологиями.

Что еще почитать:

Опубликовано Рубрики КонтекстМетки ,

Добавить комментарий