Американские ученые из Института науки о мозге Алена (Allen Institute for Brain Science) в Сиэтле собираются создать трехмерную карту мозга человека, на которой показана активность 20 тысяч генов. Стоимость проекта, рассчитанного на четыре года, составляет 55 млн $.

Мозг – командный орган человеческого тела, и его сложную работу обеспечивают огромное количество генов, отвечающих за синтез различных белковых молекул. Если понять, в какой структуре мозга, какие гены находятся «в рабочем состоянии», то можно узнать много нового об активности белков и функциях разных участков мозга. «Расшифровка человеческого генома ответила на вопрос «что?», а наш проект ответит на вопрос «в каком месте?» - объясняет Алан Джонс, ведущий сотрудник института.

Наука и жизнь // Иллюстрации

В 2003 году нейрофизиологи из Института Алена уже представили миру трехмерный генетический атлас мозга мыши. Он был создан так называемым методом «гибридизации in situ». Напомним, что РНК представляет собой молекулярный слепок гена – одинарной полимерной цепочки ДНК. Если ген в клетке «работает», то клетка синтезирует молекулы РНК, соответствующие структуре этого гена. По тому, какая РНК образуется в данной клетке, можно сделать вывод, какие гены в ней активны. К примеру, нужно определить, активен или нет какой-либо известный ген. Сначала ученые синтезируют РНК этого гена, затем «пришивают» к синтетической молекуле РНК флуоресцентную «метку». Ультратонкие срезы мозга помещают в раствор «меченой» РНК. Если в исследуемом участке мозга имеется РНК, похожая по структуре на синтетическую, то, встретившись, обе молекулы «узнают» друг друга и «сплетается» между собой, образуя прочный комплекс. «Светится» участок мозга - искомый ген активен, не «светится» - не активен. Так были просканированы все гены генома мыши. Созданный на основе этой информации атлас позволяет выявить функционально активные области мышиного мозга, отвечающие за определенное поведение животного.

В человеческом мозге не намного больше генов, чем в мышином, но сам мозг человека в 2000 раз больше мозга мыши. Поэтому просканировать генами весь мозг – невероятно амбициозная задача. Ученые собираются решить ее таким способом. Они разделят мозг на несколько сот анатомических частей, из каждой части выделят смесь молекул РНК и проанализируют ее состав при помощи "генного чипа". Чип состоит из ячеек, в которые помещены молекулы-зонды. Ячейки, в которых РНК-зонд и молекула РНК из природного экстракта «узнали» друг друга, флуоресцируют. Таким образом, ученые получат информацию о составе РНК и активности генов в разных частях мозга человека. Когда будут получены результаты этого первого этапа, который расчитан на два года, ученые собираются провести «гибридизацию in situ» для мозга в целом только для активных генов, что существенно сократит объем работы.

Исследователи надеются, что трехмерная генетическая карта мозга человека приведет к существенному развитию нейрофизиологии. По их мнению, генетическая карта мозга позволит выявить, работа каких генов нарушается при возникновении злокачественных опухолей, понять природу многих нейропсихических заболеваний. Сравнение генетической карты мозга мыши и человека покажет, как происходила эволюция когнитивной деятельности, и в чем состоят принципиальные различия работы мышиного и человеческого мозга.