Neuroscience за всички

Възможността да се изтрие паметта или да зададете нови спомени, контрол на движението и поведението изглежда е жребият на научно-фантастичен филм за, но в действителност този метод се очертава и той се нарича "optogenetics". Той се присъедини заедно на знанията за гени, законите на физиката и оптично чист образни, което позволява прецизно карта районите на различни функции. Всичко, което трябва - да открие предполагаемите клетки, които могат да бъдат включени, например, в процесите на запомняне, генетично се модифицират чрез вграждане светлочувствителния протеин, а след това да донесе светлина, за да бъде в определено време на тяхната "включите" или "изключен". И все пак, за "инструмент" за управленските функции на мозъка е готова.

Фигура: Общомедия

Разбира се, не го правят наистина притеснен за това, защото генетичното модифициране на човешкото тяло все още не са разрешени. Лечение на различни методи заболявания генна терапия все повече набира своята сила, но до момента, когато учените научават точно да следите хода на тази терапия и да се избегнат всички възможни незабавни и дистанционно негативните последици, да се говори за перспективите за бързо рано.

Ние вече писа за optogenetics въпроси и отговори. сега ние решихме да се подготви един голям и подробен материал за вас.

Учените - светлината

Но първите опити за включването на родопсин в клетките не бяха успешни, тъй като невроните се активират много нестабилни, което не е приемливо изследователи. До появата на идеята за "шпионира" подходящ вещество в светлочувствителния водораслите. Това е "най-известният", който по-късно е открит тук канал родопсин (CHR2), който не може да бъде по-добре подхожда експериментатори в техните свойства.

Интересното е, че opsins проучени широко като биохимици и микробиолозите, и едва след много десетилетия, за да най-накрая да имат представа за това как да "се срещнат" микробни протеини и клетки на бозайници. Установено е, че различни видове opsins може не само да инициират клетъчната prevnosya в него положителните йони (например, същата channelrodopsin-2 - неспецифично канал или бактериородопсин и protorodopsin - канали Н +), но също така и за потискане на образуването на акционни потенциали хиперполяризиращ мембраната (galorodopsin - поток Cl -). Не толкова отдавна, включително и нашите сънародници са открити и напълно нови opsins отрицателни йони, които са много по-бързо, за да се отговори на photostimulation от rhodopsins.

Как работи това

Отговорът е - чрез генетична модификация на клетките. Ние трябва да се вземат ген фоточувствителна протеин, добавете към него промотор, който ще "говори" на РНК полимеразата, в кой момент искате да започнете да чете информация от и приложете т.нар репортер за проверка на ген и дали тя се изразява правилно, ние доставихме , В повечето случаи се използва като всеки флуоресцентен протеин (например, YFP жълт или зелен GFP).

Шофиране с CHR2

След това генът да бъдат доставени в клетките, необходими за изследването. Тук също има няколко начина. Можете да създадете един напълно генетично модифициран организъм, който има необходимите гени, които вече са в ембрионален стадий на развитие, ще бъдат интегрирани в генома. Тя е по-стабилна, но за да получите такъв организъм отнема месеци, и не много искате да чакате. Следователно, налице е вторият път за работа бързо: вирусите, които носят генетичната информация на родопсин. Те също така променя и напълно безвреден за тялото на пилота, но не са загубили способността си да се включи в неврони и да ги изиграе своя геном. И ние трябва да го - клетъчни изразяване на гени, доставени от вирус се предвижда родопсин, които са част от мембраната и да го подготвят за "работа".

Optogenetics три компонента: вградени опсин-опсин протеин ген носител, източник на светлина

Сега той е малък - да вземе на правилното място източника на светлина. Тя използва най-добрите светодиодни от оптичното влакно, фини проводими светлинните импулси. Също така, те са свързани с електродите, което позволява да се получат данни за електрическата активност на клетките. Този дизайн е прикрепен към главата на животното извън и не му пречи да живее собствения си живот, и ние сме в състояние да наблюдава какво се случва с всяка отделна клетка в реално време, както и влиянието на тези функции, вариращи светлинни импулси.

Традиционен родопсинкиназа с optogenetics която започна своя победоносен поход към научния свят, се активират от синя светлина с дължина на вълната от 480 нанометра, която прониква дълбоко в лошо тъкан. Следователно е необходимо да LED имплантируемо мозъка. ново поколение родопсинкиназа вече "отговори" на червената светлина, която е с много по-голяма сила на проникване, така че сега дори и учените са били в състояние да се движат далеч от инвазивна интервенция. Това, което прави целия експеримент още по-физиологична и данни - по-точно и по-близо до реалността.

фалшиви спомени

Един от най-представителните творби, показващи optogenetics власт, проведено в САЩ. Персоналът на японски учен, носител на Нобелова награда Sudzumi Tonegava, който работи в RIKEN и в Масачузетския технологичен институт създадоха плъх chennelrodopsinami-2 в областите на хипоталамуса, отговарящ за консолидация на паметта - превод на краткосрочния и дългосрочен план, а след това проведе поредица от експерименти с тях.

Животните си спомня, че, например, в стаята и сегашната му хит, както и че трябва да се страхуваме и да реагира на тази характеристика поведение (подскача и група), дори когато се е случило изхвърлянето. В този момент, някои активирани клетки, които след това изследователите и въведе родопсин. стая B The всичко беше добре, и животното се държи там, както обикновено, докато светлинните импулси не са "включени" генетично модифицирани неврони. Смятате ли, че това, което се случи с плъховете? Точно така, те са били групирани и започна да скърца, чувство на страх, което в този контекст изглежда, не е място.

Така че, с помощта на optogenetics стимулиране не само получава да се върнат "към живота" изгубени спомени, но да се направи, за да не се загуби отново. За да направите това, учените са приложили родопсин в близкия район - enterialnuyu кора стимулиране, което доведе до създаването на нови връзки между него и хипокампуса и следователно, подобрява паметта.

Картината на коронарната парче хипокампална назъбен гънка в миши модел на болестта на Алцхаймер в началото, което със зелени флуоресцентни клетки са отбелязани engrammnye pamyati.Istochnik: RIKEN.

Не само на паметта, а не само родопсин

С optogenetics изследователи също се оказа. че допаминергичните неврони на средния мозък - цевта - в допълнение към всички свои други функции, помагат за възприемане на времето.

Мишки два звука чували с кратка продължителност (по-малко от 1,5 секунди) и по-дълго (повече от 1.5 секунди) интервали от време. Ако интервалът е продължило дълго време, животните трябва да се отвори врата в ляво, и ако премина бързо, а след това право. В случай на верния отговор гризачите получи наградата. Когато клетките, които участват в този процес, вълнуват, а след дълъг пропуски са наблюдавани най-къси, а ако потисната, а напротив.

Освен всичко това, можете да вградите родопсинкиназа мембраната на кардиомиоцитите, като по този начин контролиране на сърдечния ритъм, а може и наистина да създаде "универсална убийци" - клетки, които са изложени на светлина, ще бъдат освобождаване в околната среда на космически реактивни кислородни видове, силно разрушителни и токсични за живите мембрани. Използването на този вид клетки, вероятно може да се намери в онкологията. методи Optogenetics могат да потиснат болката и възстановяване на зрението.

Чувствителност, както се оказа, не само има родопсин. Има почвени бактерии, които имат реагира на светлина някои ензими, като аденилат циклазата, което води до функционално активен сАМР вещество. Така се оказа стимулира регенерация процеси на нервните клетки, които се въвеждат същия ензим, като повече сАМР в клетката, толкова повече се случи синтетични процеси. Степента на регенерация в този случай се увеличава 6 пъти в сравнение с тези клетки, които са били на тъмно. Особено ценно е, че експериментите са проведени на жива риба, както и никой от тях не е бил наранен.

Какво има в български?

Fry риба зебра контролирано termogeneticheskim метод. Фото Vsevoloda Belousova

През последните години, методите, които се занимават лабораторни optogenetics също се появиха в MIPT и Нижни Новгород.