Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Биологи научились включать нейроны теплом

Научный коллектив под руководством Всеволода Белоусова из Института биоорганической химии РАН создал технологию, позволяющую возбуждать отдельные нейроны в мозге животного при помощи инфракрасного излучения.

Биологи научились включать нейроны теплом

Для этого клетки заставили синтезировать специальные термочувствительные белки (ионные каналы змей), которые впоследствии активировали инфракрасным лазером. Работа опубликована в журнале Nature Communications.



В последние годы в распоряжении нейробиологов оказался мощный инструмент, позволяющий выборочно активировать группы нейронов прямо в мозге живого животного при помощи света, — оптогенетика. С использованием инструментария оптогенетики оказалось возможно даже управлять памятью мышей, стирая воспоминания и внедряя ложные (прочитать об этом можно здесь). Однако при всей своей революционности этот метод обладает и рядом серьезных недостатков. Главным из них является тот факт, что активатором возбуждения нейронов является видимый свет. Он обладает малой проницаемостью сквозь ткани, поэтому животным приходится имплантировать в мозг оптоволокно. Кроме того, свет активирует не только нужные нейроны, но и собственные зрительные рецепторы, что может привести к нежелательным последствиям.

Альтернативой светового контроля работы нейронов стали термочувствительные ионные каналы из семейства TRP. Эти белки при определенной температуре начинают пропускать ионы через клеточную мембрану, что приводит к активации нейрона, в котором они экспрессируются. Попытки управлять возбуждением нейронов животных при помощи активации TRP-каналов уже предпринимались, однако подходящего метода «включения» канала пока не появилось.

Исследователи из ИБХ РАН совместно с коллегами из Института высшей нервной деятельности и физфака МГУ разработали технологию, позволяющую эффективно возбуждать единичные нейроны при помощи лазера, излучающего в инфракрасном диапазоне (около 1400 нанометров). Помимо использования лазера, ученые также придумали работать не с собственными TRP-каналами животного, как делали ранее, а с белком TRPA1 змей, который обладает повышенной чувствительностью к нагреванию и проводимостью.

Биологи научились включать нейроны теплом
Схема эксперимента по активации специфических нейронов у зародыша Danio rerio. Красным цветом показаны модифицированные нейроны, экспрессирующие кроме TPRA1 красный флуоресцентный белок.

Для начала технология была отработана на культуре клеток млекопитающих, экспрессирующих два разных белка TRPA1 из разных видов змей. При помощи термодатчика с алмазным сенсором, позволяющего с высокой точностью измерить изменение температуры возле отдельной клетки, исследователи определили температуру активации для этих белков. Один из них, более «теплый», с температурой активации около 38 градусов, проверили в культуре нейронов мыши, а второй, более «холодный», ввели в зародыш рыбки Danio rerio. Прицельно направляя луч лазера на соматосенсорные нейроны рыбки, ответственные за чувствительность к прикосновению, ученые вызвали у животного «реакцию избегания» в виде мышечного сокращения (проще говоря, в ответ на нагрев рыбка дергала хвостом). Для активации нейронов требовалось увеличить их температуру всего на 1–3 градуса. Такое мягкое нагревание не приводит к развитию какого-либо токсичного эффекта, связанного с перегревом тканей.

Авторы работы предполагают, что для работы с теплокровными животными, такими как мыши, придется подыскать новый вариант TRPA1, с температурой активации около 40 градусов Цельсия. Однако разработанная технология, которая, по аналогии с оптогенетикой, получила название термогенетика, несомненно уже представляет большую ценность для нейробиологов, позволяя удобно и неинвазивно манипулировать мозгами холоднокровных модельных животных, таких как рыбки, дрозофилы и нематоды.

Интервью с автором данного исследования было опубликовано здесь.

Автор: Дарья Спасская





Ссылка на источник

Tags: биотехнология, инструменты и методы, исследования, мозг, нейробиология
Subscribe

Posts from This Journal “нейробиология” Tag

promo alev_biz 19:41, вчера 1
Buy for 20 tokens
Представьте ситуацию: вы идете по оживленной улице, и тут прохожему неподалеку от вас становится плохо. Скорее всего, вы не поможете бедолаге — как не помогут и десятки людей вокруг. Плохим человеком это вас не делает: в данном случае работает «эффект свидетеля», понижающий…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment