Jdi na obsah Jdi na menu

Geneticky upravený protein „Magneto“ dálkově řídí mozek a chování

29. 6. 2021
article preview

Vědci ve Spojených státech vyvinuli novou metodu řízení mozkových obvodů spojených s komplexním chováním zvířat pomocí genetického inženýrství k vytvoření magnetizovaného proteinu, který aktivuje specifické skupiny nervových buněk na dálku. Pochopení toho, jak mozek generuje chování, je jedním z hlavních cílů neurovědy - a jednou z nejobtížnějších otázek. V posledních letech vědci vyvinuli řadu metod, které jim umožňují dálkově ovládat určené skupiny neuronů a zkoumat fungování neuronových obvodů.

Nejsilnější z nich je metoda zvaná optogenetika, která vědcům umožňuje zapínat a vypínat populace souvisejících neuronů v časovém měřítku milisekundu po milisekundě pomocí pulzů laserového světla. Další nedávno vyvinutá metoda zvaná chemogenetika využívá upravené proteiny, které jsou aktivovány značkovými léky a lze je cílit na konkrétní typy buněk. I když jsou výkonné, obě tyto metody mají nevýhody. Optogenetika je invazivní a vyžaduje vložení optických vláken, která dodávají světelné impulsy do mozku, a dále je výrazně omezen rozsah, v němž světlo proniká hustou mozkovou tkání. Chemogenetické přístupy překonávají obě tato omezení, ale obvykle vyvolávají biochemické reakce, které aktivaci nervových buněk zabere několik sekund.

Nová technika vyvinutá v laboratoři Aliho Gülera na Virginské univerzitě v Charlottesville a popsaná v online publikaci v časopise Nature Neuroscience je nejen neinvazivní, ale může také rychle a reverzibilně aktivovat neurony. Několik dřívějších studií ukázalo, že proteiny nervových buněk, které jsou aktivovány teplem a mechanickým tlakem, mohou být geneticky upraveny tak, aby se staly citlivými na rádiové vlny a magnetická pole jejich připojením k proteinu uchovávajícímu železo, který se nazývá feritin, nebo k anorganickým paramagnetickým částicím. Tyto metody představují důležitý pokrok - byly již například použity k regulaci hladin glukózy v krvi u myší, ale zahrnují více složek, které je třeba zavést samostatně.

Nová technika staví na této dřívější práci a je založena na proteinu zvaném TRPV4, který je citlivý na teplotu i na protahovací síly. Tyto podněty otevírají jeho centrální póry a umožňují protékání elektrického proudu buněčnou membránou; to evokuje nervové impulsy, které cestují do míchy a poté až do mozku. Güler a jeho kolegové usoudili, že síly magnetického točivého momentu (nebo rotující) mohou aktivovat TRPV4 tahem za otevření jeho centrálního póru, a tak pomocí genetického inženýrství fúzi proteinu spojili s paramagnetickou oblastí feritinu spolu s krátkými sekvencemi DNA, které signalizují transport buněk proteiny do membrány nervových buněk a vložit je do ní.

Video: Geneticky upravený protein „Magneto“ dálkově řídí mozek a chování (Magneto 2.0)



 

Když zavedli tento genetický konstrukt do lidských embryonálních ledvinových buněk rostoucích v Petriho miskách, buňky syntetizovaly protein „Magneto“ a vložily ho do své membrány. Aplikace magnetického pole aktivovala vytvořený protein TRPV1, o čemž svědčí přechodné zvýšení koncentrace iontů vápníku v buňkách, které bylo detekováno fluorescenčním mikroskopem. Vědci dále vložili sekvenci DNA Magneto do genomu viru spolu s genem kódujícím zelený fluorescenční protein a regulační sekvence DNA, které způsobují expresi konstruktu pouze ve specifikovaných typech neuronů. Poté injikovali virus do mozku myší, zaměřili se na entorhinální kůru a rozřezali mozek zvířat, aby identifikovali buňky, které emitovaly zelenou fluorescenci. Pomocí mikroelektrod pak ukázali, že aplikace magnetického pole na řezy mozku aktivovala Magneto, takže buňky vytvářely nervové impulsy.

Aby zjistili, zda lze Magneto použít k manipulaci s neuronální aktivitou u živých zvířat, injikovali Magneto do larev zebrafish zaměřením na neurony v kmeni a ocasu, které normálně řídí únikovou reakci. Poté umístili larvy zebrafish do speciálně vytvořeného magnetizovaného akvária a zjistili, že vystavení magnetickým polím vyvolalo navíjecí manévry podobné těm, které se vyskytují během reakce na únik. (Tento experiment zahrnoval celkem devět zebrafish larev a následné analýzy odhalily, že každá larva obsahovala asi 5 neuronů exprimujících Magneto).

V jednom závěrečném experimentu vědci injikovali Magneto do striata volně se chovajících myší, hluboké mozkové struktury obsahující neurony produkující dopamin, které se podílejí na odměně a motivaci, a poté zvířata umístili do aparátu rozděleného na magnetizované a nemagnetizované sekce. Myši exprimující Magneto strávily v magnetizovaných oblastech mnohem více času než myši, které to neudělaly, protože aktivace proteinu způsobila, že striatální neurony, které jej exprimují, uvolňovaly dopamin, takže myši shledaly, že jsou v těchto oblastech prospěšné. To ukazuje, že Magneto může dálkově ovládat palbu neuronů hluboko v mozku a také řídit složité chování.

Neurolog Steve Ramirez z Harvardské univerzity, který pomocí optogenetiky manipuluje vzpomínky v mozku myší říká, že studie je „ pořádná “. „Předchozí pokusy (pomocí magnetů k řízení neuronální aktivity) potřebovaly k fungování systému více komponent - vstřikování magnetických částic, vstřikování viru, který vyjadřuje tepelně citlivý kanál, (nebo) upevnění hlavy zvířetem, aby cívka mohla vyvolat změny v magnetismu,“ vysvětluje. "Problém s vícekomponentním systémem spočívá v tom, že je zde tolik prostoru pro rozpad každého jednotlivého kusu."

"Tento systém je jediný elegantní virus, který lze injekčně aplikovat kdekoli v mozku, což technicky usnadňuje a snižuje pravděpodobnost rozbití pohyblivých zvonů a píšťal," dodává, "a jejich behaviorální vybavení bylo chytře navrženo tak, aby obsahovalo magnety." kde je to vhodné, aby se zvířata mohla volně pohybovat. “

„Magnetogenetika“ je proto důležitým doplňkem sady nástrojů pro neurovědy, která bude nepochybně dále rozvíjena, a poskytne vědcům nové způsoby studia vývoje a funkce mozku.

Odkaz
Wheeler, MA a kol . (2016). Geneticky cílená magnetická kontrola nervového systému. Nat. Neurosci ., DOI: 10.1038 / nn.4265 (https://www.nature.com/neuro/articles)

Zdroj: https://www.theguardian.com

Video: Lidé z různých částí země tvrdí, že jsou „magnetizováni“ po podání druhé dávky vakcíny proti onemocnění COVID-19


Jestliže vás článek zaujal, tak ho můžete sdílet se svými přáteli na sociálních sítích nebo prostřednictvím emailu.
Sdílet na VK  Sdílet na MeWe  Sdílet na Telegramu  Sdílet na Gabu  Odeslat na Twitter  Sdílet na Facebooku  Sdílet na Parleru  Poslat emailem
Převod článku do PDF


>> Občanské aktivity v ČR

>> Podporujeme

>>>> Google Translate

Archiv

Kalendář
<< červenec >>
<< 2022 >>
Po Út St Čt So Ne
        1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31

Statistiky

Online: 18
Celkem: 2055215
Měsíc: 20371
Den: 677