Российские биологи научились включать нейроны теплом

Ermakova et al / Nature Communications 2017
Научный коллектив под руководством Всеволода Белоусова из Института биоорганической химии РАН создал технологию, позволяющую возбуждать отдельные нейроны в мозге животного при помощи инфракрасного излучения. Для этого клетки заставили синтезировать специальные термочувствительные белки (ионные каналы змей), которые впоследствии активировали инфракрасным лазером. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
В последние годы в распоряжении нейробиологов оказался мощный инструмент, позволяющий выборочно активировать группы нейронов прямо в мозге живого животного при помощи света, — оптогенетика. С использованием инструментария оптогенетики оказалось возможно даже управлять памятью мышей, стирая воспоминания и внедряя ложные (прочитать об этом можно здесь). Однако при всей своей революционности этот метод обладает и рядом серьезных недостатков. Главным из них является тот факт, что активатором возбуждения нейронов является видимый свет. Он обладает малой проницаемостью сквозь ткани, поэтому животным приходится имплантировать в мозг оптоволокно. Кроме того, свет активирует не только нужные нейроны, но и собственные зрительные рецепторы, что может привести к нежелательным последствиям.
Альтернативой светового контроля работы нейронов стали термочувствительные ионные каналы из семейства TRP. Эти белки при определенной температуре начинают пропускать ионы через клеточную мембрану, что приводит к активации нейрона, в котором они экспрессируются. Попытки управлять возбуждением нейронов животных при помощи активации TRP-каналов уже предпринимались, однако подходящего метода «включения» канала пока не появилось.
Исследователи из ИБХ РАН совместно с коллегами из Института
высшей нервной деятельности и физфака МГУ разработали технологию, позволяющую
эффективно возбуждать единичные нейроны при помощи лазера, излучающего в
инфракрасном диапазоне (около 1400
нанометров). Помимо использования лазера, ученые также придумали работать не с собственными
TRP-каналами животного,
как делали ранее, а с белком TRPA1
змей, который обладает повышенной чувствительностью к нагреванию и
проводимостью.
Авторы работы предполагают, что для работы с теплокровными животными, такими как мыши, придется подыскать новый вариант TRPA1, с температурой активации около 40 градусов Цельсия. Однако разработанная технология, которая, по аналогии с оптогенетикой, получила название термогенетика, несомненно уже представляет большую ценность для нейробиологов, позволяя удобно и неинвазивно манипулировать мозгами холоднокровных модельных животных, таких как рыбки, дрозофилы и нематоды.
Дарья Спасская