Новости

Олицетворением «научного метода 2010 года» стала живая мышь с лазерным управлением.

Дата публикации: 01/03/2011
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Флуоресцентные белки и белки, способные реагировать на свет - вот основа оптогенетики, сравнительно нового метода в молекулярно-биологических исследованиях.
Журнал Nature Methods признал «научным методом года» оптогенетику - воздействие на клетки при помощи световых импульсов, что позволяет, в частности, управлять поведением животных.
Оптогенетика обещает радикальный прорыв в области биомедицинских исследований.
Наиболее эффектный пример возможностей оптогенетики — мышь, бегающая по клетке, послушно поворачивает влево в ответ на лазерный импульс.
Тонкий оптоволоконный кабель, прозрачный световод, передает свет лазера непосредственно в мозг животного, а модифицированные нервные клетки преобразуют свет в нервные импульсы.
Суть оптогенетики заключается именно в целенаправленной перестройке клеток таким образом, чтобы они могли реагировать на свет.
Нейроны, которым свет обычно безразличен, после встраивания в них дополнительных генов начинают производить белковые молекулы.
А те в ответ на облучение светом запускают процессы, вызывающие нервный импульс - аналогичным образом можно создать клетки мышц, сокращающиеся «по указке» лазера. Как встроить в клетки нужный ген? Для этого применяются вирусы, откуда удаляют все лишнее, оставляя только минимум, необходимый для заражения клетки и встраивания в ее ДНК вирусных генов.
Кстати, такой подход позволяет не только модифицировать мышиные клетки в лаборатории, но и пока, правда, в рамках отдельных опытов - бороться с врожденной слепотой у людей. Возможность управлять клетками при помощи света неоценима для исследователей, работающих с самыми разными объектами и бьющихся над решением самых различных задач - например, над изучением нервной системы беспозвоночных животных: ученым иногда известно положение каждого нейрона у них, известны все связи между клетками, но не всегда понятны их функции. Переключая лазером отдельные нервные клетки, можно установить их назначение,— подобно тому, как специалист по ремонту электронного оборудования опытным путем ищет причину неполадок, последовательно проверяя разные цепи. Можно сделать так, что реакцией клетки будет не нервный импульс, а цепочка биохимических реакций, меняющая активность тех или иных генов.
В таком случае ученые получают удобный инструмент для изучения сложной системы внутриклеточной сигнализации: экспрессию изучаемого гена можно запустить вспышкой света. Экспрессией генов называют процесс синтеза того продукта, который ген кодирует: молекулы РНК, с которой в ряде случаев дальше синтезируется и какой-либо белок (а иногда РНК и сама по себе является конечным продуктом). Внутриклеточные сигналы, которые можно изучать при помощи управляемых светом белков, в свою очередь, могут быть частью практически любого процесса.
Аномальное деление раковых клеток, отложения белковых бляшек при болезни Альцгеймера, гибель клеток при болезни Паркинсона, приобретение стволовой клеткой окончательной «профессии» или деление и перемещение клеток эмбриона в ходе его развития— речь идет именно о методе, а не о конкретной исследовательской работе.
Управление клетками при помощи света уже сейчас теснит такой традиционный метод воздействия, как стимуляция электрическими импульсами.
Свет к клеткам может проходить непосредственно через живую ткань, его можно передавать по волокнам из химически инертного стекла, при необходимости быстро переключаться с одной клетки на другую без протыкания ткани - и это еще не все.
Другая возможность, открывшаяся в последнее десятилетие перед учеными - заставлять клетку синтезировать вместе с каким-либо белком флуоресцентную метку.
Если, к примеру, исследователям интересно проследить за накоплением бета-амилоидного белка (играет ключевую роль в болезни Альцгеймера), то они могут получить клетки, которые своим свечением сигнализируют о том, что в них начал синтезироваться данный белок.
Причем по яркости сигнала можно определить количество белковых молекул, а по их местонахождению - выяснить, где откладывается интересующее ученых вещество.
Таким образом при помощи света можно управлять работой клеток и одновременно наблюдать за результатами, причем все это без повреждения даже такого деликатного объекта, как мозг живой и активно передвигающейся по клетке лабораторной мыши!
О работах в области оптогенетики GZT.RU уже писал ранее - и, судя по представленным на страницах Nature Methods статьям, эта область будет бурно развиваться в ближайшие годы.
В отдаленной перспективе можно ожидать не просто широкого применения управляемых светом живых систем в лабораторной практике (хотя уже сегодня примерно 800 лабораторий по всему миру так или иначе используют оптогенетические методы!), но и развития технологий, напрямую связывающих с электронными устройствами человеческий мозг.
Лазерная стимуляция нервных клеток - высокоточная, не повреждающая ткань и основанная на не вызывающих отторжения вживленных световодах уже использовалась ( в 2008 году) на животных для установления связи между электронной схемой и головным мозгом.
Не исключено, что нейроинтерфейс будущего, позволяющий, к примеру, ощущать механическую конечность как свою собственную, будет оснащен не электрическим, а оптическим разъемом.

Источник: www.strf.ru / www.cislaser.com

Статьи по теме:

страницы: 1