Управлять нервными клетками можно с помощью белка, чувствительного к ультразвуку.

Мы часто слышим об удивительных нейробиологических исследованиях, сделанных с помощью методов оптогенетики. Про эти методы мы уже как-то рассказывали достаточно подробно, поэтому напомним суть: нейрон снабжается фоточувствительным мембранным белком, который под действием света открывает в мембране ионные каналы; перераспределение ионов между внутренней и внешней стороной мембраны генерирует нервный импульс. Фоточувствительный белок синтезирует сам нейрон с гена, который в него внедряют генной инженерией. Когда мы освещаем нейрон или группу нейронов с фотобелком, они посылают нейрохимический импульс другим нейронам, активируя их или, наоборот, заставляя замолчать. Так можно получить массу сведений о том, чем занимаются отдельные нервные цепи и целые участки мозга.

(Фото: igorr1 / Depositphotos) 

Как модифицированные нейроны получают световой импульс? Для этого в мозг вводят оптоволоконный световод. Есть другой вариант, когда мозг облучают снаружи специальным светом, а светочувствительные белки в нейронах реагируют на сигнал, доходящий к ним сквозь толщу тканей. Но толща тканей всё равно не должна быть слишком толстой, то есть если речь идёт о нейронах в глубине мозга, нужен световод. Сотрудникам Института Солка пришла в голову мысль, что здесь можно обойтись без операций на мозге, если нейроны будут подчиняться не световым импульсам, а звукам. Нервные клетки получают не фото-, а «звукочувствительный» белок — то есть такой рецептор, который воспринимает механические звуковые колебания и открывает ионный канал; вместо оптогенетики мы получаем соногенетику. Семь лет назад идею успешно проверили на черве-нематоде и начали экспериментировать с клетками млекопитающих.

Но тот «звукочувствительный» рецептор, который работал у нематоды, для звериных клеток оказался бесполезен. Исследователям пришлось перебрать несколько сотен белков в поисках того, который реагировал бы на звук в 7 мегагерц — такая частота безвредна для живых тканей. Самым подходящим неожиданно оказался белок млекопитающих TRPA1, или, как его ещё называют, рецептор васаби. До сих пор считалось, что он помогает чувствовать некоторые химические вещества, холод, боль и прикосновения (благодаря ему мы чувствуем раздражение в горле или в глазах), но, как выяснилось, он ещё делает клетки чувствительными к ультразвуку. TRPA1 внедрили в нейроны, лежащие достаточно глубоко в двигательной коре мозга мыши; чтобы доставить туда ген TRPA1, использовали почтовые вирусные частицы, настроенные на конкретные нервные клетки. Нейроны стали синтезировать TRPA1 и реагировать на ультразвук: когда двигательные нейроны «слышали» нужную частоту, у мыши начинали самопроизвольно двигаться лапы. Результаты экспериментов описаны в Nature Communications.

Предполагается, что соногенетика сделает нейробиологические эксперименты более «жизненными»: чтобы изучить работу нейронных цепей в глубине мозга, в него не надо будет вводить световые провода. Более того, авторы работы говорят даже о новых методах терапии различных психоневрологических расстройств — здесь, конечно, возникают вопросы насчёт использования методов генетической инженерии в клинике, но генетическая инженерия в клинике уже используется, и чем дальше, тем больше.