211service.com
Aklosios pelės mato šviesą
Akloms pelėms išsivystė elementarus regėjimas, kai tyrėjai aktyvavo tam tikras tinklainės ląsteles naudodami geną, dažniausiai randamą dumbliuose. Pelės galėjo ne tik pajusti šviesos buvimą, bet ir reagavo į judantį juodai baltą raštą, o tai rodo, kad jos gali atskirti tam tikro dydžio objektus.
Pažiūrėkite, kaip jie veikia: Šios aklos pelės tinklainės išoriniame paviršiuje nėra storo fotoreceptorių ląstelių sluoksnio, kuris paprastai atrodo kaip papildomas mėlynas sluoksnis dešinėje pusėje. Reginčios pelės fotoreceptorių ląstelės praneša regos sistemai, kai yra šviesos. Vietoj to, šios pelės ON bipolinės ląstelės – kitas tinklainės ląstelių tipas, pavaizduotas žaliai, buvo sukurtos taip, kad aptiktų šviesą ir į ją reaguotų, naudojant šviesai jautrų kanalo baltymą, paprastai randamą dumbliuose. Pelės, gydomos šio kanalo baltymo genu, pabėgo nuo ryškios šviesos ir sekė judančiu juodai baltu raštu, o tai rodo, kad jos turėjo pradinių regėjimo gebėjimų.
Jūs nematysite labai smulkių detalių, bet pamatysite kai kuriuos didesnius objektus, sako Botondas Roska , neurobiologas Friedricho Miescherio biomedicininių tyrimų institutas , Šveicarijoje, kuris kartu su bendradarbiais vadovavo tyrimui Harvardo medicinos mokykla . Jų rezultatai buvo paskelbti internete šią savaitę Gamtos neuromokslai .
Tyrime naudotos pelės turi tam tikrą genetiškai kontroliuojamą aklumą, kai tinklainėje trūksta visų fotoreceptorių ląstelių. Ši būklė, kurią sukelia tokios ligos kaip geltonosios dėmės degeneracija arba pigmentinis retinitas, yra pagrindinė žmonių aklumo priežastis. Kadangi pelių fotoreceptorių ląstelių visiškai nebuvo, tyrėjai nukreipė į kitą regėjimo grandinės ląstelių sluoksnį, vadinamą bipolinėmis ląstelėmis.
Paprastai bipolinės ląstelės reaguoja į šviesos intensyvumą. Pogrupis, vadinamas ON bipolinėmis ląstelėmis, užsidega reaguodamas į šviesą, o kitas pogrupis, vadinamas OFF bipolinėmis ląstelėmis, išsijungia reaguodamas į šviesą. Šie signalai veikia kartu, kad praneštų smegenims apie netoliese esančių objektų ryškumą. Aklose pelėse nė vienas iš šių ląstelių tipų, kurios paprastai gauna informaciją iš fotoreceptorių ląstelių, negali jausti šviesos.
Roskos grupė nusitaikė į ON bipolines ląsteles, naudodama šviesai jautrų dumblių baltymą, vadinamą kanalrodopsinu-2 (ChR2), kad suteiktų šviesos jautrumą ten, kur anksčiau jo nebuvo. Iš esmės mes pertvarkėme fotoreceptorius į tinklainę, sako Roska.
ChR2 baltymas įterpiamas į ON bipolinės ląstelės išorinę membraną, kur jis veikia kaip šviesos kanalas. Kai yra šviesos, kanalas atsidaro ir teigiamai įkrauti jonai patenka į ląstelę. Šis teigiamo krūvio antplūdis suaktyvina ląstelę, skatina neurotransmiterių išsiskyrimą ir atsaką į kitus netoliese esančius neuronus. Grynasis poveikis yra tas, kad šviesos impulsas generuoja elektrinį signalą, kuris prasiskverbia per akį ir galiausiai į smegenis.
Triukas buvo nukreipti tik į bipolines ląsteles. Jei OFF bipolinės ląstelės – arba bet kuris iš daugelio kitų tinklainės ląstelių tipų – taip pat būtų jautrios šviesai, smegenys gautų mišrius signalus, reaguodamos į šviesą. Taigi, prieš suleisdami ChR2 geną pelėms į akis, mokslininkai jį pakeitė reguliuojančios DNR fragmentu, į kurį reaguotų tik ON bipolinės ląstelės. Tokiu būdu, nors visi tinklainės ląstelių tipai paėmė geną, tik ON bipolinės ląstelės pagamino ChR2 baltymą.
Skirtingai nei jų aklos kolegos, gydomos pelės į ryškią šviesą reagavo lakstydami aplink narvus, tarsi norėdamos pasislėpti. Padėtos ant nejudančios platformos besisukančio būgno su nespalvotomis juostelėmis viduje, apdorotos pelės laikėsi judančio modelio. Naudodami laipsniškai mažesnes juosteles, mokslininkai sugebėjo įvertinti pelių gebėjimo išspręsti detales ribą – ji yra maždaug perpus mažesnė nei įprastų pelių, kaip paaiškėjo.
Šiame dokumente buvo gražu tai, kad jie sugebėjo atkurti elgesio funkciją, kuri buvo labai, labai švari ir aiški, sako Edas Boydenas , docentas MIT žiniasklaidos laboratorija , kuris buvo ChR2 panaudojimo smegenų bioinžinerijai pradininkas. Tai pirmasis elgesio pagerėjimas, apie kurį žmonės pranešė dėl šio geno naudojimo regėjimo sistemoje, sako Boydenas, kuris nedalyvavo tyrime.
Roska sako, kad jei šis metodas bus pritaikytas žmonių aklumui gydyti, genas greičiausiai bus pristatytas naudojant virusą, vadinamą AAV. Šis virusas yra įprastas žmogaus genų terapijos įrankis – jis neseniai buvo naudojamas išgydyti itin retą žmogaus aklumo tipą, o daugelio klinikinių tyrimų metu jis pasirodė saugus ir veiksmingas. Pakoreguodami jo apvalkalo baltymą, mokslininkai galėtų pritaikyti AAV, kad užkrėstų tik ON bipolines ląsteles, pridėdami dar vieną specifiškumo sluoksnį.
Roska sako, kad virusinis pristatymas gali sustiprinti technikos veiksmingumą, galbūt dar labiau pagerindamas regėjimą. Nors metodas, naudojamas genui įvesti atliekant pelių tyrimą, paveikė tik apie 10 procentų ON bipolinių ląstelių, AAV gali išplėsti geno pasiekiamumą.
Ateityje Roska ir jo kolegos taip pat planuoja spręsti kitą bipolinės grandinės pusę – OFF bipolines ląsteles. Neseniai Boydenas ir kiti sukūrė savotišką ChR2 seserinę techniką, naudodami kanalo baltymą, vadinamą halorodopsinu, kuris deaktyvuoja ląsteles reaguodamas į šviesą. Jei halorodopsinas būtų ekspresuojamas konkrečiai OFF bipolinėse ląstelėse, tą regėjimo grandinės komponentą taip pat būtų galima atkurti. Tai suteiktų jums galimybę kontroliuoti informacijos patekimą į smegenis, sako Boydenas.
Tačiau Roska grupė vis dar ieško genų reguliatoriaus, būdingo OFF bipolinėms ląstelėms, kad jos galėtų tinkamai specifiškai nukreipti halorodopsiną. Nors turime tinkamą įrankį, sako jis, neturime tinkamo adreso.