Биологи внесли в ДНК червей гены, кодирующие светочувствительные белки. Это позволило управлять ими при помощи света, заставляя двигаться на зеленый сигнал и останавливаться на красный.
Микроскопические роботы могли бы стать весьма полезными для разведки, обследования местности, мониторинга окружающей среды, поиска пострадавших при катастрофах. Однако «упаковать» все необходимое, включая двигатели, батареи, сенсоры, антенны и микросхемы, в тело размером хотя бы с насекомое, непросто. Впрочем, существует альтернативный подход: можно использовать самих насекомых, превращая их в управляемых киборгов. Чаще всего для этого пробуют модифицировать тараканов. Но вот ученые из Городского университета Осаки обратились к червям. Их статья опубликована в журнале PNAS.
Команды Мицумасы Коянаги (Mitsumasa Koyanagi) и Акихисы Теракиты (Akihisa Terakita) использовали нематод C. elegans — одни из самых популярных и глубоко изученных модельных организмов. Из ДНК комаров ученые выделили гены светочувствительного белка, опсина MosOpn3, а затем внесли их в ДНК червей. При этом новый ген экспрессировался не во всех клетках, а лишь в ноцицепторных нейронах, которые сигнализируют организму о повреждении или другом опасном воздействии. В ответ даже на слабое излучение MosOpn3 активировал ноцицепторы, заставляя нематод активно двигаться, стараясь избежать негативного стимула.
Аналогичную работу проделали и с белком LamPP, ген которого выделили из ДНК миног и заставили работать в моторных нейронах. Этот опсин позволил управлять нематодами за счет света разной длины волны. В ответ на появление фотонов зеленой части спектра животные двигались, а при облучении ультрафиолетом — останавливались на месте. Эксперименты показали, что такое можно проделывать множество раз и белковая система не деградирует со временем.
«Оба опсина относятся к семейству рецепторов, сопряженных с G-белком, которые могут быть чувствительны к очень разным видам стимулов, включая запах, вкус, гормоны, нейротрансмиттеры», — отметил профессор Коянаги. По его словам, это позволит использовать такой же подход, если понадобится интегрировать в нематод другие белки, чтобы черви-киборги реагировали на другие виды раздражителей, помимо света.