Co to jest optogenetyka?
Optogenetyka to kontrolowanie działania komórek za pomocą kombinacji technik genetycznych i optycznych. Ta metoda rozpoczęła się od odkrycia biochemicznych, które wywołują odpowiedzi komórkowe po wystawieniu na światło. Izolując geny kodujące dla tych białek, naukowcy używają ich do stymulowania odpowiedzi światła w innych żywych komórkach. Wiedza uzyskana z optogenetyki zapewnia badaczom większy wgląd w różne procesy chorobowe.
W latach 70. naukowcy odkryli, że niektóre organizmy wytwarzają białka kontrolujące ładunki elektryczne, które normalnie przechodzą przez błony komórkowe. Białka te spowodowały przenikanie komórek po wystawieniu na pewne długości fali światła. Białka te, powszechnie określane jako białka G, są kodowane przez grupę genów zwanych opsinami. W tym czasie naukowcy stwierdzili, że bakteriorhodopsiny reagują na zielone światło. Dalsze badania odkryły innych członków rodziny Opsin, w tym Channelrhodopsin i halorhodopsin.
W latach 2000–2010 neuronaukowcy stwierdzili, że możliwe jest wyodrębnienie genów opsyny i wstawienie ich do innych żywych komórek, które następnie nabierają tej samej wrażliwości na fotoczułość. Jedna z metod początkowo zastosowanych polegała na usunięciu genów opsyny, łączenie ich z łagodnym wirusem i wkładanie ich do żywych neuronów w naczyniu Petriego. Gdy wstrzyknięte komórki były narażone na impulsy zielonego światła, neurony odpowiedziały otwierającymi kanały jonowe. Przy otwartych kanałach komórki otrzymały napływ jonów, który spowodował przepływ prądu elektrycznego, inicjując komunikację z innym neuronem. Naukowcy odkryli, że inne białka G reagują na różne jasne kolory, hamując lub wzmacniając kanały jonowe wapnia i uwalnianie epinefryny.
Badania ostatecznie przeszły z zastosowania optogenetyki do niewielkiej grupy żywych komórek do stosowania żywych ssaków. Przedstawiając OPSIN Geny w mózg myszy, komórki zaczęły wytwarzać białka G. W przypadku tych białek G i światłowodów naukowcy byli w stanie kontrolować szybkość strzelania neuronów. Opracowali również metodę przekształcenia małego włókna wzrokowego w elektrodę w celu zapewnienia elektrycznego odczytu aktywności komórkowej. Ta interfejs mózgowo-komputerowy pozwala badaczom oceniać i regulować określone grupy komórek w dowolnym miejscu w mózgu.
Łącząc obrazowanie rezonansu magnetycznego (MRI) i optogenetykę, naukowcy są w stanie mapować czynności neuronowe i ścieżki w mózgu. Badając zawiłości funkcji neurologicznej, lekarze lepiej rozumieją, co stanowi normalną i nienormalną aktywność mózgu. W przeciwieństwie do leków i elektroterapii optogenetyka umożliwia regulację określonych komórek i szlaków. Wiedza i technologia uzyskane z optogenetyki pozwala również na kontrolę funkcji komórek serca, limfocytów i insuliny wydzielających komórki trzustki.