Co je to Optogenetika?

Optogenetika je kontrola působení buněk pomocí kombinace genetických a optických technik. Tato metoda začala objevem biochemických látek, které při vystavení světlu produkují buněčné reakce. Izolací genů, které kódují tyto proteiny, je vědci používají ke stimulaci světelných reakcí v jiných živých buňkách. Znalosti získané z optogenetiky poskytují vědcům lepší přehled o různých chorobných procesech.

V 70. letech vědci zjistili, že určité organismy produkují proteiny, které řídí elektrické náboje, které normálně procházejí buněčnými membránami. Tyto proteiny způsobily intertaci mezi buňkami, když byly vystaveny určitým vlnovým délkám světla. Tyto proteiny, běžně označované jako G-proteiny, jsou kódovány skupinou genů známých jako opsiny. Během této doby vědci zjistili, že bakteriorodopsiny reagují na zelené světlo. Další výzkum objevil další členy rodiny opsinů, včetně channelrhodopsinu a halorhodopsinu.

Během desetiletí 2000 až 2010 neurovědci zjistili, že je možné extrahovat opsinové geny a vložit je do jiných živých buněk, které poté získají stejnou fotocitlivost. Jedna z původně používaných metod zahrnovala odstranění opsinových genů, jejich kombinaci s benigním virem a jejich vložení do živých neuronů v Petriho misce. Když byly injikované buňky vystaveny pulzům zeleného světla, neurony odpověděly otevřením iontových kanálů. Při otevřených kanálech buňky dostávaly příliv iontů, které způsobovaly tok elektrického proudu a iniciovaly komunikaci s jiným neuronem. Vědci objevili, že jiné G-proteiny reagují na různé světlé barvy, inhibují nebo zvyšují kanály vápníkových iontů a uvolňování epinefrinu.

Výzkum nakonec postupoval od aplikace optogenetiky na malou skupinu živých buněk až po používání živých savců. Zavedením opsinových genů do mozku myší začaly buňky produkovat G-proteiny. S těmito G-proteiny a vláknovou optikou byli vědci schopni kontrolovat rychlost vypalování neuronů. Rovněž vyvinuli metodu přeměny malého optického vlákna na elektrodu, která poskytne elektrický odečet buněčné aktivity. Toto propojení mozek-počítač umožňuje vědcům vyhodnotit a regulovat specifické skupiny buněk kdekoli v mozku.

Kombinováním zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) a optogenetiky jsou vědci schopni mapovat nervové aktivity a dráhy v mozku. Zkoumáním složitosti neurologických funkcí získají lékaři lepší pochopení toho, co představuje normální a abnormální mozkovou aktivitu. Na rozdíl od léků a elektroterapie umožňuje optogenetika regulaci specifických buněk a cest. Znalosti a technologie získané z optogenetiky také umožňují kontrolu funkce srdečních buněk, lymfocytů a pankreatických buněk vylučujících inzulín.