#генная_инженерия_в_нейробиологии

Оптогенетика

Пример с зеленым флуоресцентным белком GFP хорошо показал, что можно взять ген другого животного и встроить его в мозг млекопитающего, где он с некоторыми перестройками будет "работать". А что будет, если взять ген одноклеточной водоросли?
В 1970-х годах советские ученые показали, что освещение светом вызывает изменение потенциала на мембране у одноклеточных водорослей Haematotoccus pluvialis. Позже это явление было показано у другой одноклеточной водоросли - Chlamydomonas reinhardtii (одноклеточная зелёная водоросль, широко используемая в исследованиях из-за своей светочувствительности и генетической доступности). А далее родилась идея управлять светом потенциалом таких клеток, как нейроны! В 2005 году группа под руководством Карла Диссерота впервые внедрила ген канального родопсина (светочувствительного катионного канала из водорослей, реагирующего на голубой свет) в нейроны млекопитающих, и теперь стало возможным управлять активностью нейронов с помощью света! Включил свет - и в ответ нейроны начинали генерировать потенциалы действия (спайки), а при выключении света активность возвращалась к базовой. Так родилась оптогенетика - метод в нейробиологии, который настолько перевернул обычный электрофизиологический подход к изучению роли отдельных типов нейронов в функционировании мозга, что сейчас, наверно, минимум четверть-треть статей на животных проводят с использованием этого подхода.
Чем хороша оптогенетика по сравнению с традиционными электрофизиологическими методами стимуляции нейронов? С помощью оптогенетики и различных промоторов можно активировать совершенно отдельные типы нейронов в толще мозга. Обычные электрофизиологические методы позволяют стимулировать множество нейронов вокруг места стимуляции, без разделения на различные типы. Можно стимулировать окончания отростков этих нейронов, находящиеся в других частях мозга.
Чтобы проверить, могут ли нейроны в культуре (плоская культура клеток на стекле) формировать синапсы друг с другом, мы провели следующий эксперимент. Мы смешали нейроны, которым доставили ген канального родопсина с помощью электропорации, и нейроны без модификации. Примерно через три недели после начала культивирования мы начали записывать активность немодифицированной клетки, и освещали эту область светодиодом, чтобы активировать отростки клеток, которые были трансфицированы геном канального родопсина. И при стимуляции светом в немодифицированной клетке мы наблюдали изменение потенциала мембраны! Это свидетельствовало о том, что за три недели в культуре нейронов не просто проросли отростки, но и образовались синаптические связи.
Появление оптогенетики позволило проводить нейробиологические исследования на ранее недоступном уровне. Также стало возможным не только увеличивать активность нейронов, но и снижать её, например, с помощью переносчиков ионов хлора или анионных каналов.