ГМ-мыши с терморецепторами в глазах приобрели инфракрасное зрение

Швейцарские ученые предложили лечить нарушения зрения при помощи расширения его возможностей до инфракрасного диапазона. Для проверки концепции в сетчатке слепых мышей экспрессировали генно-модифицированные терморецепторы, которые активировали лазером. Как сообщают авторы статьи в Science, сразу после вспышки лазера мыши были способны различить объект перед собой.
Причиной потери зрения в пожилом возрасте нередко становится дегенерация фоторецепторов в сетчатке глаза. Светочувствительные клетки млекопитающих воспринимают видимый свет с длинами волн в диапазоне 390-700 нанометров.
Исследователи из Института молекулярной и клинической офтальмологии Базеля под руководством Даниэля Хильера (Daniel Hillier) и Ботона Роски (Botond Roska) предложили необычное решение для восстановления способности ориентирования в пространстве – дополнить светочувствительные белки клеток сетчатки глаза термочувствительными каналами, которые позволили бы воспринимать инфракрасное излучение с длиной волны около 900 нанометров.
В природе такая способность есть у некоторых змей, правда инфракрасное излучение с длиной волны от 1 мкм они воспринимают не глазами, а при помощи специального органа. Визуальная и тепловая информация объединяются в мозге змеи и позволяют ей воспринимать окружающую среду с большим разрешением, чем просто при помощи зрения. При этом за восприятие температуры у них отвечают ионные каналы из семейства TRP (transient receptor potential), которые начинают проводить ток при нагревании. Теоретически эти белки можно экспрессировать в клетках сетчатки, но для их активации требуется слишком мощное излучение, которое может повредить ткани.
Чтобы усилить чувствительность TRP-каналов, биоинженеры пришили к ним аминокислотную последовательность, распознаваемую специфическим антителом. К антителу, в свою очередь, присоединили золотые наночастицы, которые усиливали бы излучение благодаря поверхностному плазмонному резонансу. Полученная система позволила бы активировать каналы излучением с меньшей энергией и обезопасить сетчатку от повреждений.
Исследователи успешно детектировали ток кальция в колбочках в присутствии наночастиц под действием излучения, а также наблюдали активацию нейронов ганглионарного слоя сетчатки. Однако на успешную работу системы указало бы только восстановление способности различать предметы у подопытных животных, и исследователи подтвердили ее следующим образом. Контрольным мышам и мышам с терморецепторами в сетчатке фиксировали голову и не давали пить некоторое время, а затем светили в глаз лазером и предлагали поилку.
Считалось, что животное может активно пользоваться поилкой, только если оно ее видит. Действительно, в эксперименте только мыши, экспрессирующие терморецепторы, начинали пить, из чего исследователи сделали вывод, что метод работает. Однако о способности ориентироваться в пространстве у таких мышей авторы статьи ничего не упомянули, поэтому можно предположить, что возможности такого «инфракрасного зрения» пока оставляют желать лучшего.
Биоинженерия действительно уже используется для
восстановления зрения у людей, хотя и в более традиционной форме. В 2017 году в
США одобрили генную терапию для лечения генетически обусловленной слепоты, а
недавно одну из форм врожденной слепоты попробовали исправить при помощи CRISPR. Кроме того, недавно на
обезьянах опробовали способ восстановить зрение, вообще минуя фоторецепторы –
светочувствительный белок опсин экспрессировали прямо в нейронах ганглионарного
слоя сетчатки.
Дарья Спасская