Нейрони можна включати і вимикати ультразвуком - якщо тільки заздалегідь забезпечити клітини спеціальним білком, що реагує на механічні коливання.
У нейробиологических новинах ми часто читаємо про оптогенетіческіе методи, коли нейрони в мозку піддослідного миші активуються світлом. Цього року оптогенетики виповнилося 10 років, і порівняно недавно ми докладно писали про те, як вона створювалася, як працює і де застосовується . Якщо коротко, то суть методу в наступному: нейрон забезпечується фоточутливим мембранним білком, який під дією світла відкриває в мембрані іонні канали; перерозподіл іонів між внутрішньою і зовнішньою стороною мембрани генерує нервовий імпульс. Світло можна «провести» в мозок за допомогою оптоволоконного світловода, що до гена фоточувствительного білка, то тут на допомогу приходять генно-інженерні хитрощі. Оптогенетики дозволяє вибірково керувати чітко виділеними групами нейронів, що, зрозуміло, дає нам масу інформації про роботу окремих нервових ланцюгів і цілих ділянок мозку.
Ультразвукові хвилі з зовнішнього джерела включають певні нейрони в тілі хробака. (Ілюстрація Salk Institute for Biological Studies.)
<
>
Але світло - не єдиний перемикач, який можна тут використовувати. дослідники з університету Солка створили альтернативний соногенетіческій метод, названий так за аналогією з оптогенетіческім. За назвою можна зрозуміти, що тут мова йде про звук, а точніше, про ультразвук, який запускає нейронний імпульс. Ультразвук викликає механічні коливання, тобто нейронам потрібен такий іонний канал, який відкривався й закривався б у відповідь на механічний стимул. В якості такого каналу Стюарт Ібсен (Stuart Ibsen) і його колеги використовували TRP-4, активуючи його ген в різних нервових клітинах круглого хробака, нематоди Caenorhabditis elegans.
Щоб ультразвукової сигнал зміг подіяти, його передавати не через повітря, а через воду, в яку була занурена посуд з хробаками. Для додаткового посилення додавали ще й ліпідний розчин: після видалення розчинника ліпіди формували шар мікропухирців, які служили додатковими резонаторами. За допомогою коротких звукових імпульсів вдавалося змусити вільно повзають черв'яків змінювати напрямок руху або регулювати частоту скорочень тіла. Конкретний ефект залежав від того, які нейрони забезпечили «вухами» - механочувствітельние мембранним білком TRP-4. Сам по собі він належить геному нематоди, так що, якщо намагатися зробити те ж саме в мишах або щурах, то доведеться спочатку дізнатися, як TRP-4 поведе себе в абсолютно неспоріднених організмі. Втім, за словами авторів роботи, для цих цілей можна спробувати змінити сам білок, підвищивши його ефективність і сумісність з чужими клітинами, або ж знайти якісь інші природні аналоги. Результати експериментів опубліковані в Nature Communications .
Перевага соногенетікі в тому, що тут не потрібно вводити звуководом в тіло - ультразвукові коливання приходять до нейронам ззовні. (Втім, варто відзначити, що і в оптогенетики з'явилися варіанти, коли дослідники обмежуються зовнішнім світловим опроміненням з підвищеною проникністю, а світлочутливі білки в нейронах реагують на сигнал, який доходить до них крізь товщу тканин.) Крім того, автори нового методу пропонують використовувати багатоканальний звук , щоб різні нейрони «чули» щось своє, і в результаті можна було б відразу спостерігати роботу декількох нервових ланцюгів. Раніше вже з'являлися роботи, присвячені стимулюючого впливу ультразвуку на мозок тварин і людини; а компанія Sony навіть запатентувала методику, яка дозволяла б геймерам відчувати запах, смак і чути звуки, і все завдяки звуковий стимуляції. У разі соногенеткіі мова йде про найбільш специфічному впливі, сфальцьованому на окремих нервових клітинах, правда, з огляду на необхідних генноінженерних маніпуляцій навряд чи цей метод буде коли-небудь використаний на людях.
