Оптогенетика заиграла новыми красками
Feb. 10th, 2014 07:56 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
donmigel_62Оптогенетика заиграла новыми красками
Для оптогенетики нашли два новых светочувствительных белка, посредством которых можно одновременно управлять разными нейронами — с помощью красного и синего света.
Львиную долю того, что мы знаем сегодня о нейронах и нейронных цепях, мы знаем благодаря оптогенетическим методам. Последние основаны на введении в мембрану нейронов фоточувствительного белка опсина, который под действием света открывает трансмембранный ионный канал: поток ионов изменяет поляризацию мембраны, нейрон возбуждается и отправляет импульс своим соседям. Или наоборот: поток ионов успокаивает нейрон и сводит на нет всякую активность. Опсин вводится в ДНК нейронов вместе с флюоресцирующим белком, чтобы можно было отличить нейроны с фотосистемой от прочих.
С помощью оптогенетики можно подчинить себе целую группу клеток, активировать и подавлять их по своему усмотрению и наблюдать, что при этом произойдёт в мозге. Однако до сих пор за один раз можно было управлять только одной популяцией нейронов: все они получали одинаковый опсин и тут же реагировали на свет из введённого в мозг электрода.
Но что будет, если использовать не один опсин, а два, настроенные на разные световые волны? Тогда удастся независимо оперировать сразу двумя группами нейронов, наблюдать, как они влияют друг на друга, на мозг и т. д. Словом, возможности расширяются многократно.
С помощью оптогенетики можно подчинить себе целую группу клеток, активировать и подавлять их по своему усмотрению и наблюдать, что при этом произойдёт в мозге. Однако до сих пор за один раз можно было управлять только одной популяцией нейронов: все они получали одинаковый опсин и тут же реагировали на свет из введённого в мозг электрода.
Оптогенетические нейроны, подчиняющиеся красному или бледно-синему свету (фото Yasunobu Murata / McGovern Institute).
Но что будет, если использовать не один опсин, а два, настроенные на разные световые волны? Тогда удастся независимо оперировать сразу двумя группами нейронов, наблюдать, как они влияют друг на друга, на мозг и т. д. Словом, возможности расширяются многократно.
Именно это попытались сделать Эдуард Бойден (Edward S Boyden) и его коллеги из Массачусетского технологического института (США). Вместе с коллегами из Альбертского университета (Канада) они проанализировали 1 000 транскриптомов (полных наборов РНК, которыми обычно пользуется клетка) растений и водорослей. Опсину подошёл бы не всякий, а только тот, что совместим с нейронами млекопитающих, и таких в итоге нашлось два: один активировался в бледно-синем свете и был назван Chronos, а другой работал в красном диапазоне при длине волны 735 нм и был назван Chrimson.
В журнале Nature Methods авторы сообщают, что «синий» опсин, во-первых, срабатывал чрезвычайно быстро, а во-вторых, ему было достаточно совсем немного света, так что при совместном использовании двух белков можно было не опасаться, что Chrimson возбудится от избытка синего света, предназначенного для Chronos. С помощью двойной системы опсинов можно даже разложить одну нервную цепочку на две части, чтобы узнать, как одни нейроны влияют на другие, притом что и те и те заняты одним делом.
Преимущества двухканальной оптогенетической системы настолько очевидны, что может возникнуть вопрос, почему до сих пор такой метод нельзя было создать генетико-инженерными модификациями уже имеющихся у исследователей белков. Такие попытки, впрочем, предпринимались, но всякий раз учёным приходилось выбирать: либо белок будет работать быстро, но с интенсивным светом, либо медленно, но с более слабым освещением. Сделать так, чтобы белок действовал быстро и не требовал избытка света, никак не получалось, поэтому можно сказать, что исследователям действительно повезло найти естественный белок, удовлетворяющий всем требованиям.
Подготовлено по материалам MIT News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.
Кирилл СтасевичВ журнале Nature Methods авторы сообщают, что «синий» опсин, во-первых, срабатывал чрезвычайно быстро, а во-вторых, ему было достаточно совсем немного света, так что при совместном использовании двух белков можно было не опасаться, что Chrimson возбудится от избытка синего света, предназначенного для Chronos. С помощью двойной системы опсинов можно даже разложить одну нервную цепочку на две части, чтобы узнать, как одни нейроны влияют на другие, притом что и те и те заняты одним делом.
Преимущества двухканальной оптогенетической системы настолько очевидны, что может возникнуть вопрос, почему до сих пор такой метод нельзя было создать генетико-инженерными модификациями уже имеющихся у исследователей белков. Такие попытки, впрочем, предпринимались, но всякий раз учёным приходилось выбирать: либо белок будет работать быстро, но с интенсивным светом, либо медленно, но с более слабым освещением. Сделать так, чтобы белок действовал быстро и не требовал избытка света, никак не получалось, поэтому можно сказать, что исследователям действительно повезло найти естественный белок, удовлетворяющий всем требованиям.
Подготовлено по материалам MIT News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.