Да предизвикаш любовта и да измислиш спомени

Чували ли сте за оптогенетика? Става въпрос за една много модерна нова техника, която разчита на методите на генното инженерство и оптиката, за да изучи в дълбочина особеностите на живата природа. Ако трябва да сме по-точни, това е една техника, която позволява на учените да човъркат из съзнанието и да карат мозъка да изпълнява желанията им!

Как става това?

Да започнем отдалеч с малко информация за светлочувствителните пигменти, които се срещат в много живи организми и които имат способността да превръщат енергията на светлината в химична или електрическа. Добър пример в това отношение е хлорофилът в клетките на листата, който позволява на зелените растения да впрегнат силата на Слънцето в производството на хранителни вещества. Подобни системи за улавяне и използване на светлината се срещат и в клетките на някои бактерии. Висшите животни, включително и човека, също имат своите светлочувствителни пигменти. Такъв е родопсинът в ретината на човека, който улавя светлината и позволява на окото да превърне светлинния сигнал в нервен електрически импулс. С негова помощ, информацията за това какво има пред нас се предава към зрителните центрове на мозъка и ние виждаме пред какво сме изправени.

Използвайки генно инженерни методи, учените могат да накарат определени нервни клетки (неврони) в мозъка да произведат светлочувствителни молекули. С помощта на светлинен лъч, без да бъркат директно в мозъка на животното, хората активират въпросните неврони, провежда се нервен импулс и нещо в поведението на изследвания организъм се променя. Така, ако пигментът се произвежда в нервни клетки, отговорни за движението, в резултат на стимулацията животното ще започне да се движи.

Малко история

Без да навлизаме с подробности в историята, ще споменем, че за рождена година на оптогенетиката се приема 2002, когато екипът на Геро Мийзенбьок публикува резултата от експерименти за стимулация на неврони с помощта на фоточувствителни молекули. През 2013, пионерите на оптогенетиката Геро Мийзенбьок, Ернст Бамберг, Ед Бойден, Карл Дайсерот, Петер Хагеман и Георг Нагел, получават престижната награда The Brain Prize за усилията си по усъвършенстване на метода и налагането му в изследователската практика.

Мимолетен спомен

През лятото на 2013, екипът на нобеловия лауреат Сусуму Тонегава, работещ в Масачузетския технологичен институт, САЩ, публикува в списание Science експеримент, свързан със създаване на лъжливи спомени у мишки. Изследователите използвали генно-модифицирани гризачи, при които в невроните, свързани с формирането на спомени, се произвежда пигмента каналродопсин. В близост до мозъчния център, отговорен за епизодичната памет на всяко животно, бил имплантиран микроскопичен оптичен кабел. В началото поставяли животните в клетка А, в която се случват неприятни неща – силен шум, висока температура или електрически шок. Повторено няколко пъти, това преживяване създало конкретни навици у мишките. Всеки път, когато ги поставяли на същото място те замръзвали в очакване – една нормална изява на страх при гризачите. След като се уверили, че мишките са си „научили урока“ и знаят, че клетка А е свързана с неприятни усещания, хората от екипа на д-р Тонегава ги преместили в друга клетка, клетка В. За разлика от място А тук не се случвало нищо лошо - нито парене, нито шум, нито боцкане от пуснат ток. Очаквано, нито една от мишките не реагирала на преместването с традиционното замръзване – в мозъка на животните, клетка В не била свързана с неприятни изживявания. Това продължило до момента, в който учените включили в тази клетка лазер и активирали светлочувствителните неврони в центровете на паметта на животните – в мозъка на мишките бил събуден спомена за неприятните усещания, присъщи за първата клетка. При повторно връщане в място В мишките веднага замръзвали – след стимулацията на нервите, отговорни за паметта, в тяхното съзнание клетка В вече се асоциирала с лош спомен. Един изкуствен спомен, създаден от учените.

Любов ли бе да я опишеш?

В друг експеримент, резултатите от който бяха публикувани в списание PLoS One изследователи от университета в Ашбърн, щата Вирджиния, САЩ, използват като моделен организъм мухи винарки, в невроните на които се произвежда чувствителеният към инфрачервени лъчи (топлина) белтък TRPA1. Ако тези молекули се активират с помощта на лазерен лъч, клетките, в които се намира този белтък, се възбуждат и започват да изпращат нервни импулси. В този случай липсва имплантирания оптичен кабел от първия експеримент, защото външният скелет на мухите позволява директното преминаване на топлината от външната среда към мозъка.

Екипът на д-р Бейкър прави експерименти с мухи, при които топло-чувствителният TRPA1 се произвежда в неврони, отговорни за брачния ритуал при мъжките. С помощта на инфрачервен лазер (т.нар. Устройство за контрол на съзнанието на мухите (Fly Mind-Altering Device) учените стимулират „центъра за любов“ на животните, в резултат на което винарките подхващат любовна игра с първия изпречил се пред погледа им обект – в случая восъчни топчета!

Къде останаха морала и етиката?

Преди да заклеймите тази нова техника като неетична, помислете какви предимства има тя пред по-традиционните подходи за изследване на мозъка, които предполагат имплантиране на електроди и пускане на електрически ток! Питате се каква е ползата? Въпреки дългогодишните усилия на учените, мозъкът до голяма степен остава за нас една черна кутия. Познанието за неговата работа в условия, възможно най-близки до реалните, би било от голяма полза за лечението на различни заболявания – психиатрични, онкологични или причинени от травми. Изясняването на функцията на отделните мозъчни центрове, „разплитането“ на връзките между тях и разработването на най-оптималните методи, с които те могат да бъдат върнати към нормалното функциониране в случай на болест, ще отнеме много време. Смята се, че оптогенетиката би била от голяма полза за по-бързия напредък.

Източници:
Лаборатория Тонегава
Медицински институт Хауърд Хюс