Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.
Оптогенетика как область знаний и ее достижения
Содержание:
Оптогенетика как область знаний
Оптогенетика представляет собой методику исследования работы нервных клеток, базирующуюся на внедрении в мембрану клеток специализированных каналов опсинов — они реагируют на воздействие света.
Экспрессия этих каналов осуществляется при помощи методов генной инженерии, а позже ингибирует нейроны и нервные сети. В этом случае применяются лазеры и оптоволокно.
Чтобы реализовать такие методы, также используется разнообразная оптическая аппаратура. Оптогенетика стала отдельной областью знаний лишь в 2005 году. Первым использованным опсином был родопсин 2.
У выделенных инновационных методов есть определенные преимущества, среди которых:
- возможность высоко селективной активации;
- разработка механизмов, подавляющих конкретные нейрональные связи.
Такие тенденции положительно сказываются на возможностях в терапии таких заболеваний как болезнь Паркинсона, эпилепсия, депрессия и тревожность.
Достижения оптогенетики
Совсем недавние исследования на мышах показали, что при помощи света у них можно вызвать определенные воспоминания и придать им новый смысл. Основа такого опыта — страх электрического шока, которую животные испытывали раньше.
Такие опыты дали возможность признать, что родопсины микробов — удачный инструмент для создания светочувствительных клеток. Также отмечается, что многие родопсины микробов применяются в лечении наследственных заболеваний.
К примеру, пигментного ретинита: он связан с дегенерацией клеток глазной сетчатки. Течение заболевания приводит к потере зрения, а эффективных способов его лечения нет. Большая часть случаев этого заболевания — результат нарушения гена, кодирующего родопсин. Этот ген крайне важен для работы двух типов клеток-рецепторов, находящихся в сетчатке:
- палочек, у которых отсутствует способность к цветовому зрению;
- колбочки, которые представляют собой рецепторы, обеспечивающие восприятие цвета.
Большинство последних исследований сводятся к тому, чтобы найти ответ на вопрос, может ли родопсин архебактерий заменить неработающий родопсин. Методы генной инженерии и оптогенетики как раз и пытаются дать ответ. Разрабатываются микробные родопсины, способные улучшить работу внутри клеток млекопитающих.
Такие методы лечения все еще не переносят на человека: в них используются вирусы, требующие дополнительных исследований. Должна быть обоснована безвредность этих вирусов для организма человека. Важно отметить, что в изолированных клетках сетчатки глаза этот белок действует в полной мере — это указывает на перспективность метода.
Если сделать светочувствительными пострадавшие при нейродегенеративном заболевании клетки, то их работа может быть восстановлена — в результате облучения светом. Восстановление светочувствительности может позволить устранить проблемы, связанные со снижением зрения под влиянием различных внешних и внутренних причин.
Сегодня основной объект изучения оптогенетики — не только нейроны. В оптогенетику входят все методы, позволяющие активизировать любое действие светом — в случае базирования этого процесса на методах генной инженерии. В наше время создаются системы, в которых свет отвечает за управление генетической активностью, включение тех или иных белков и быстрый запуск клеточной гибели.
Этот метод используется не только в случаях убийства целых клеток. С помощью генетических методов осуществляется генерирование активных методов кислорода в количестве, достаточном для включения в состав любого клеточного белка. Свет становится причиной инактивации белков в клетке (это позволяет судить об их функциях).
В оптогенетике также выделяется перспективное направление, благодаря которому изучается процесс целенаправленной доставки светочувствительных молекул в места, где возникают раковые опухоли. Эти молекулы уничтожают раковые опухоли.
Управление клетками при помощи света как идея существовала еще до появления оптогенетики. Однако в то время развивать это направления без развития некоторых областей научного знания было невозможно.
На перспективность оптогенетики как области знаний указывает и то, что дает возможность решить проблемы протезирования сетчатки (или только ганглиозных клеток). Так становится очевидной целесообразность 2 стратегий протезирования дегенеративной сетчатки:
- Технической.
- Биологической.
Один из перспективных методов оптогенетики — техническое протезирование.
Под техническим протезированием понимают способ протезирования при помощи фотоэлектронных чипов.
Техническое протезирование стало основой в решении многих медицинских проблем вроде лечение заболеваний зрительного анализатора, формирования межнейронной связи.
Но перспективность методов несколько омрачается следующими проблемами: выработкой биологической совместимости клеток, предотвращением клеточного отторжения.
Все успешнее становятся попытки создать из стволовых клеток новые фоторецепторные клетки. При этом молекулярные механизмы позволили говорить о строго направленной клеточной дифференцировке.
Благодаря оптогенетическим методам разрабатывается способ содействия ганглиозных клеток изнутри. При помощи генетически внедренных в плазматическую мембрану нервных клеток специализированных светочувствительных каналов (или других отногенетических инструментов) осуществляется процесс физиологического возбуждения или торможения нервных клеток.
Из всего этого следует, что оптогенетика — междисциплинарная область знаний, появившаяся недавно и внесшая уже большой вклад в решение множества теоретических и практических задач.
Навигация по статьям