Ученые управляют нейронами с помощью света

// // Нанотехнологии в медицине //

НейронМногие десятилетия ученые бьются над пониманием секретов мозга живых существ. Американским ученым удалось совершить очередной шаг в этом направлении, научившись дистанционно контролировать работу нейронных клеток. Опыт был поставлен на рыбках, движением которых управляли ученые. Этические вопросы своего исследования ученые пока не затрагивают. Если реализовать техническое решение, которое также сможет управлять действиями человека, то это может привести к тяжелым последствиям, попади оно в ненадежные руки.

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренс-Беркли проводили опыты на данио, маленькой аквариумной рыбке семейства карповых. Используя белки нового типа, реагирующие на свет, а также экспрессию генов ученым удалось останавливать и вновь пускать плыть вперед рыбок, контролируя их хвостовые плавники.

По словам ведущего проект ученого Эхуда Исакова, новаторским является сам принцип поиска нужных клеток – через контроль поведения, которым они управляют. Ключом к такому подходу стал особый протеин, реагирующий на свет. Такой протеин может вводиться в нейроны или другие типы клеток и служить своего рода световым переключателем. Облучение светом одной части спектра заставляет белок активизировать нейрон, облучение другим спектром – делать нейрон неактивным.

Для проведения опыта ученые использовали нейронную группу в мозге данио, отвечающую за плавание. В начале белок был введен случайным образом в геном нескольких сотен рыбок. В некоторых случаях белки оказались в мускульной ткани, в костной ткани, в центральной нервной системе. Затем ученые отобрали рыбок, у которых белок находился в позвоночнике и начали освещать их. При этом все рыбки стали совершать плавательные движения хвостом. Последующее исследование позволило выявить конкретные нейронные группы, которые переключались с помощью света и ими оказались нейроны группы Kolmer Agduhr, чья функция оставалась загадкой на протяжение более чем 75 лет. Как заключает Эхуд Исаков, «наша технология позволяет нам опознать и исследовать те участки нейронной системы, о которых ранее ничего не было известно. При этом мы можем научиться управлять любыми видами поведения так же легко, как мы сейчас управляем движением рыбки».

В настоящее время ученые ищут соответствия нейронных групп и элементов поведения: если группа нейронов активируется всякий раз при определенном поведении, значит, скорее всего, она его и контролирует. Также и наоборот: если действие прекращается при разрыве нейронной группы, значит, она управляла этим действием. Как можно догадаться, работа по поиску нейронов, отвечающих за конкретное действие, подобна поиску иголки в стоге сена.
Однако новая технология позволяет значительно облегчить такой поиск. Как полагают ученые, белок со световым возбуждением может стать мощным инструментом для работ в области синтетической биологии, где ученые пытаются, найдя нужную белковую цепочку в одном микроорганизме, перенести ее в другой с целью создания, к примеру,  биотоплива или микробов-врачей. О моральном аспекте своего исследования ученые пока ничего не говорят. Рост технологий, помимо несомненной пользы для прогресса человечества и улучшения его быта, может быть и опасным.