Как формируется и работает наш мозг? Ученые не одно десятилетие бьются над вопросом и все еще у нас нет всех ответов. Для поиска ответов используют такие методы, как рассмотрение работы всего мозга и описание его работы на молекулярном уровне, для того чтобы взглянуть на мозг в целом и понять, как он работает. Мозг любого млекопитающего плотно укомплектованы и выделить одну клетку, и тем более следить за ее жизнедеятельностью невозможно. Даже в более простых нервных системах, таких как нервная система червя C. elegans (нематоды), которую ученые часто изучают, потому что с ней легче работать, выделить нейроны непросто. Несмотря на последние достижения в области технологий, которые позволяют ученым видеть множество нейронов одновременно с высокой детализацией, выделение одного нейрона по-прежнему требует много времени и опыта.
Иногда ученые используют специальные штаммы червей, у которых несколько нейронов помечены особенным образом, но этот метод не идеален и работает не для всех нейронов. Еще одна сложность заключается в том, что, хотя общее строение нервной системы у этих нематод одинаковое, точное расположение нейронов в определенных областях может различаться. Это означает, что даже если ученые знают, как должен выглядеть нейрон, они могут обнаружить его не там, где ожидали. Чтобы решить эти проблемы, ученым нужен надежный способ последовательной цветовой маркировки всех нейронов в мозге, чтобы они могли легко их опознать. Это значительно облегчит понимание того, как различные нейроны работают вместе и как они способствуют работе мозга.
Для этой цели и был придуман метод определения всех нейронов в мозге червя с помощью одного реагента. Они назвали этот метод NeuroPAL, что расшифровывается как "полихроматический атлас нейронов". Для работы NeuroPAL используется специальная комбинация из 41 гена-вестника, специфичных для нейронов. Ген-вестник — это ген или последовательность ДНК, которая присоединена к другому гену или ДНК, представляющим интерес для изучения. Каждый из такого гена производит светящиеся (флуоресцентные) маркеры четырех разных цветов. Комбинируя эти гены-вестники и цвета, NeuroPAL создает подробную красочную карту всей нервной системы червя. В NeuroPAL каждый нейрон последовательно производит определенную комбинацию светящихся маркеров, что приводит к предсказуемому и неизменному цветовому рисунку у разных червей. Это позволяет исследователям однозначно идентифицировать каждый нейрон по его цвету и положению в мозге у нематоды.
Как сделать червей красивыми? Все просто, надо снабдить их специальными генами, которые будут производить светящуюся метку в нейронах. Таких генетически модифицированных (ГМ) червей можно приобрести у университета Миннесоты. Теперь эти светящиеся черви помогут, во-первых, определить расположение этих самых нейронов, во-вторых, измерить их активность, например, в ответ на стимул, в-третьих, следить за внутренними процессами нервов, а именно за изменениями в транскрипции (когда из ДНК делают РНК) и трансляции (когда из этой РНК создают протеины). Также у университета имеются черви-мутанты, у которых нарушен тот или иной процесс, тогда ученые подсвеченными протеинами могут следить как именно нарушается работа в тех или и иных клетках и тканях. Естественно что анализируют все эти свечения уже не ученые, а программное обеспечение.
Источник:
Yemini, Eviatar, et al. "NeuroPAL: a multicolor atlas for whole-brain neuronal identification in C. elegans." Cell 184.1 (2021): 272-288.
Ставя палец вверх и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Урожай из Воды.