Какво е оптогенетика, CMT научен подход
Способността да се изтрива паметта или да се създават нови спомени, да се контролират движенията и поведението изглежда е част от научно-фантастичните филми, но всъщност този метод вече се е появил и се нарича „оптогенетика“. Той съчетава знания за гените, законите на оптичната физика и чисто невроизобразяване за точно картографиране на области с различни функции. Всичко, от което се нуждаете, е да намерите предполагаемите клетки, които могат да участват, например, в процесите на запаметяване, генетично да ги променят чрез включване на светлочувствителен протеин и след това да внесат светлина, която да ги „включи“ или „изключи“ в определено време. И това е, "инструментът" за управление на мозъчните функции е готов.
Фигура: Wikimedia Commons
Разбира се, не трябва да се притеснявате твърде много за това, тъй като генетичните модификации на човешкото тяло все още са неприемливи. Лечението на различни заболявания чрез методи на генна терапия набира все повече сила, но докато учените не се научат да контролират точно хода на такава терапия и да избягват всички възможни непосредствени и дългосрочни негативни последици, рано е да се говори за непосредствени перспективи .
Оптогенетичните методи обаче могат да бъдат мощна алтернатива на употребата на лекарства при лечението на болестта на Паркинсон, депресията, епилепсията, тревожните разстройства и това вече е научно доказан факт. Естествено, засега само на лабораторни животни, но все пак. Не напразно методът е признат през 2010 г. от Nature Methods като „научен метод на годината“, а в статия от сп. Science оптогенетиката е наречена „Пробив на десетилетието“.
Вече писахме за оптогенетиката във въпроси и отговори, но сега решихме да подготвим голям и подробен материал за вас.
Ученето е леко
И така, какво е "оптогенетика"? Това е сравнително млад метод, който през 2017 г. ще отпразнува 12-ата годишнина от откриването от американския учен от Станфорд Карл Дейсерот на възможността за целенасочен (насочен) контрол на нервните клетки чрез включване на светлинно активни протеини в техните мембрани. Дейсерот обаче не беше изключителен пионер в тази област и Георг Нагел му "помогна" с техниката, който през 2003 г. "предсказа" подобна възможност, като вкара протеин в яйца на жаби и клетки на човешки бъбречни ембрионални култури.
Но първо се появи друга техника, чийто прототип бяха очите ни, по-точно светлочувствителните рецептори на ретината, които съдържат протеина родопсин. Състои се от протеина опсин и кофактора на ретината (производно на витамин А). Светлината, удряща ретината, я деформира, това води до структурни пренареждания в протеина, което вече води до активиране на сигналните пътища вътре в неврона, причинявайки неговото възбуждане. Методът е добър, но труден и много нестабилен. Въпреки че самата идея, изразена през 1999 г. от Франсис Крик (Нобелова награда за откриването на структурата на ДНК), че е най-удобно да се контролира светлината чрез точкови неврони е гений. В края на краищата светлината е лесна за дозиране и привеждане до желаните клетки, което е извън силата на електрофизиологичните методи, които манипулират електрическите разряди и действат като слон в магазин за порцелан.
Но първите експерименти за включване на родопсин в клетките не са успешни, тъй като невроните се активират много нестабилно, което не отговаря на изследователите. Докато не се появи идеята да "шпионира" подходящо вещество от чувствителни към светлина водорасли. Именно тук беше открит много "известният" канал родопсин (ChR2), който по-късно стана "известен", което напълно подхождаше на експериментаторите по отношение на неговите свойства.
Интересното е, че опсините са изследвани много широко както от биохимици, така и от микробиолози и едва много десетилетия по-късно се появи идеята за това как да се „срещнат“ микробни протеини и клетки на бозайници. Оказа се, че различни видове опсини могат не само да възбудят клетката, като въвеждат положителни йони в нея (например същия канелродопсин-2 - неспецифичен канал или бактериородопсин и проторходопсин - канали за H +), но и да потискат генерирането на потенциали за действие чрез хиперполяризиране на мембраната (халородопсин - канал за Сl—). Не толкова отдавна, включително нашите сънародници, бяха открити напълно нови опсини за отрицателни йони, които реагират много по-бързо на фотостимулация от родопсини.
Как работи
Отговорът е само един - чрез генетичната модификация на клетката. Трябва да вземем ген за светлочувствителен протеин, да добавим към него промотор, който ще „каже“ на РНК полимеразата от кой момент да започне да чете информация от нея, както и да прикачим така наречения репортер, за да провери дали сме доставили гена правилно и дали е експресиран ... Най-често като него се използва някакъв флуоресцентен протеин (например жълт YFP или зелен GFP).
