Neuroscience pentru toate

Posibilitatea de a șterge memoria sau pentru a seta noi amintiri, să controleze mișcările și comportamentul pare a fi lotul unui film science-fiction, dar, de fapt, a apărut această metodă și se numește „optogenetics.“ Acesta sa alăturat împreună cunoștințele despre gene, legile fizicii optice și neuroimagistice pură, care să permită harta cu precizie regiunile de funcții diferite. Tot ceea ce ai nevoie - pentru a găsi presupusele celule care pot fi implicate, de exemplu, în procesele de memorare, le modifica genetic prin încorporarea de proteine ​​sensibile la lumina, și apoi pentru a aduce lumina pentru a fi la un anumit moment al lor „activa“ sau „off“. Și totuși, un „instrument“ pentru funcțiile de conducere ale creierului este gata.

Figura: Wikimedia Commons

Desigur, nu într-adevăr îngrijorat cu privire la aceasta, pentru că modificarea genetică a corpului uman încă nu sunt permise. Tratamentul diferitelor metode de terapie genica boli sunt din ce în ce câștigă puterea, dar până când oamenii de știință să învețe să monitorizeze cu precizie progresul acestui tratament și pentru a evita toate posibilele consecințe imediate și la distanță negativ, pentru a vorbi despre perspectivele de rapid devreme.

Am deja scris despre întrebări și răspunsuri optogenetics. acum ne-am decis să pregătească un material mare și detaliat pentru tine.

Oamenii de știință - lumina

Dar primele experimente privind încorporarea rodopsinei în celulele care nu au avut succes, deoarece neuronii sunt activate foarte instabile, care nu este exploratori potrivite. Până la apariția ideii de „spy“ substanță adecvată în alge sensibile la lumina. Acesta este cel mai „celebru“, care mai târziu a fost deschis aici canalul rodopsinei (ChR2), care nu au putut fi abordate mai bine experimentatori în proprietățile lor.

Interesant, opsine studiate pe scară largă ca biochimisti și microbiologi, și numai după multe decenii pentru a avea în sfârșit o idee despre cum să „întâlni“ proteine ​​microbiene, și celule de mamifere. Sa constatat că diferite tipuri de opsins nu pot iniția numai prevnosya celulei în ea ionii pozitivi (de exemplu, aceeași channelrodopsin-2 - non-specifice canalului sau bacteriorodopsină și protorodopsin - canalele H +), dar, de asemenea, pentru a suprima generarea de potențiale de acțiune hiperpolarizare membrana (galorodopsin - Hraneste Cl -). Nu atât de mult timp în urmă, inclusiv compatrioții noștri sunt noi opsins deschise și complet ioni negativi, care sunt mult mai rapid pentru a răspunde la fotostimulării decât rhodopsins.

Cum funcționează

Răspunsul este - prin modificarea genetică a celulelor. Avem nevoie de a lua o proteină fotosensibil genă, se adaugă la un promotor care va „vorbi“ pentru a ARN polimerazei, în ce moment doriți să începeți a citi informații de la, și atașați așa-numitul reporter pentru a verifica dacă gena și dacă acesta este exprimat în mod corect, am livrat . In cele mai multe cazuri, este folosit ca orice proteină fluorescentă (de exemplu, YFP GFP galben sau verde).

Conducerea cu ChR2

Apoi, gena care urmează să fie livrate la celulele necesare pentru studiu. Aici, de asemenea, există mai multe moduri. Puteți crea un organism modificat genetic în întregime, care are genele necesare deja la stadiul embrionar de dezvoltare vor fi integrate în genomul. Este mai stabil, dar pentru a primi un astfel de organism durează luni, și nu de mult doresc să aștepte. Prin urmare, există un al doilea mod de a lucra rapid: virușii care transporta informația genetică a rodopsinei. De asemenea, au modificat și complet inofensiv pentru corpul de pilot, dar nu și-au pierdut capacitatea lor de a fi încorporate în neuroni și să le joace genomul lor. Și avem nevoie de ea - care exprimă gene de celule livrate de virusul in sine prevede rodopsinei, care fac parte a membranei și pentru a pregăti-l la „locul de muncă“.

Optogenetics trei componente: purtătoare a genei proteinei opsin-opsina embedded, o sursă de lumină

Acum este mic - să ia la locul potrivit sursei de lumină. Acesta utilizează cele mai fine, impulsuri luminoase conductive fine diode de fibra optică emițătoare de lumină. De asemenea, ele sunt unite prin electrozi, permițând obținerea unor date despre activitatea electrica a celulelor. Acest design este atașat la capul animalului exterior și nu îl împiedică să trăiască propria viață, și suntem capabili să observe ceea ce se întâmplă cu fiecare celulă individuală, în timp real, precum și influența acestor caracteristici, variind de impulsuri luminoase.

rodopsinei tradițională cu optogenetics care a început marșul victorios în lumea științifică, sunt activate de lumină albastră, cu o lungime de undă de 480 nm, care pătrunde adânc în țesutul rău. Prin urmare, este necesar să se creier implantabil cu LED-uri. o nouă generație de rodopsinei deja „răspunde“ la lumina roșie, care are o forță mult mai mare de penetrare, astfel încât acum chiar și cercetătorii au putut să se mute departe de intervenție invazivă. Ceea ce face ca întregul experiment chiar mai fiziologici si date - mai precise și cât mai aproape de realitate.

amintiri false

Una dintre cele mai reprezentative lucrări, care să indice optogenetics putere, efectuat în Statele Unite. Personalul om de știință japonez, laureat al Premiului Nobel Sudzumi Tonegava, care lucreaza la Riken si la MIT a creat un șobolan chennelrodopsinami-2 în zone ale hipotalamusului responsabile pentru consolidarea memoriei - o traducere a termenului scurt pe termen lung, și apoi a efectuat o serie de experimente cu ei.

Animal își amintește că, de exemplu, în camera lui și a lovit curent, și nu trebuie să se teamă, și să reacționeze la acest comportament caracteristic (sari peste o bataie si de grup), chiar și atunci când a avut loc descărcarea. În acest moment, anumite celule activate, pe care cercetatorii apoi introdus si rodopsinei. cameră B a fost totul bine, iar animalul sa comportat acolo ca de obicei, până la momentul în care impulsurile de lumină nu sunt „incluse“ neuroni modificate genetic. Crezi că ceea ce sa întâmplat cu șobolanii? Asta-i drept, au fost grupate și a început să scârțâie, sentimentul de frică, care, în acest context, se pare, nu este un loc.

Deci, cu ajutorul stimulării optogenetics devine nu numai pentru a reveni „la viata“ amintiri pierdute, dar pentru a face astfel încât acestea să nu se piardă din nou. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au implementat rodopsinei în zona din apropiere - stimularea cortexului enterialnuyu care a condus la formarea de noi conexiuni între ea și hipocampus și, prin urmare, îmbunătățește memoria.

Imaginea de felie coronariene girusul dentat din hipocampus intr-un model de mouse-ul precoce al bolii Alzheimer, care sunt marcate cu celule fluorescente verzi engrammnye pamyati.Istochnik: RIKEN.

Nu numai memoria si nu numai rodopsinei

Cu cercetatorii optogenetics, de asemenea, dovedit. ca neuronii dopaminergici din mezencefal - butoiului - în plus față de toate celelalte funcții sale de ajutor pentru a percepe timpul.

Mouse-uri două sunete auzit, cu o durată scurtă (mai puțin de 1,5 secunde) și intervale mai lungi (mai mult de 1,5 secunde). Dacă intervalul a durat o lungă perioadă de timp, animalele au trebuit să deschidă ușa din stânga, iar în cazul în care a trecut repede, apoi la dreapta. În cazul corecte rozătoarele răspuns a primit premiul. Atunci când celulele implicate în acest proces, excita, apoi golurile lungi au fost văzute ca scurte, iar dacă suprimat, dimpotrivă.

Pe lângă toate acestea, puteți încorpora membrana rodopsinei de cardiomiocite, controlând astfel ritmul cardiac, și poate și creează o „ucigași universal“ - celule care sunt expuse la lumina va fi eliberarea în mediu de specii reactive de oxigen spațiale, extrem de distructive si toxice pentru membranele vii. Utilizarea acestui tip de celule pot fi, probabil, găsite în oncologie. Metodele Optogenetics pot suprima durerea și de a restabili viziune.

Sensibilitate, așa cum sa dovedit, nu numai că are un rodopsinei. Sunt bacteriile din sol care au reacționează la lumină unele enzime, cum ar fi adenilat ciclaza, care produce cAMP substanță activă funcțional. Astfel, sa dovedit a stimula procesele de regenerare a celulelor nervoase, care a fost introdus aceeași enzimă ca mai AMPc în celulă, mai mult se întâmplă procese de sinteză. Rata de regenerare în acest caz, este crescut de 6 ori în comparație cu acele celule care erau în întuneric. Deosebit de valoros este faptul că experimentele au fost efectuate pe pești vii, și nici unul dintre ei a fost rănit.

În România?

Fry zebrafish controlată termogeneticheskim metoda. Foto Vsevoloda Belousova

În ultimii ani, metodele de laborator care se ocupă, de asemenea, a apărut în optogenetics MIPT și Nijni Novgorod.