Ученые открыли новое направление науки
21.06.2017
В российской науке произошла сенсация. Наши ученые застолбили новое направление в науке - термогенетику. А если конкретно, то ими впервые в мире создан принципиально новый инструмент для управления мозгом. Он позволит проводить уникальные эксперименты по изучению мозга, понять, по каким законам он работает, лечить многие патологии. Статья об этой работе группы ученых из Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и МГУ им. М.В. Ломоносова опубликована в одном из самых престижных научных журналов Nature Communications.
Знаменитый Фрэнсис Крик, который вместе с Джеймсом Уотсоном удостоен Нобелевской премии за открытие двойной спирали ДНК, почти 40 лет назад говорил, что главное в науке о мозге - это создание методов для управления его работой. Иными словами, надо уметь активизировать или тормозить работу нейронов. И только в 2005 году эта идея была воплощена американскими учеными из Стэнфордского университета. Они управляли нейронами с помощью света. Чтобы сделать их чувствительными к свету, в геном нейрона встроили специальные белки, которые в природе помогают живым организмам ориентироваться в окружающей среде. Так родилась наука оптогенетика, которая сейчас бурно развивается. Нашими учеными сделан следующий, не менее революционный шаг.
- Для управления нейронами мы используем не свет, а температуру, - сказал корреспонденту "РГ" директор Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, член-корреспондент РАН Павел Балабан. - Для этого в нейроны мышей генетически встроили белки змей, которые отвечают за так называемое "термозрение" - способность рептилий "видеть" теплые объекты на расстоянии. Что, кстати, им помогает хорошо ориентироваться и охотиться в темноте. Эксперименты показали, что изменяя температуру, можно избирательно управлять активностью нейронов животных.
По словам Павла Балабана, термогенетика уже сегодня открывает принципиально новые возможности в медицине, например, в лечении эпилепсии. Ведь в момент припадка температура в очаге повышается, но если в нейроны человека встроить "систему торможения", то припадок можно купировать. Вполне возможно, что термогенетика поможет помочь прояснить суть феномена сознания. Дело в том, что во время медленного сна температура мозга падает на целых два градуса, а главное, отключается сознание. Наблюдая за ночным поведением нейронов, ученые надеются понять, что же происходит в этот момент в мозге. А может, даже разобраться с сознанием.
Вполне возможно, что термогенетика поможет прояснить суть феномена сознания
Чтобы опередить конкурентов и стать безоговорочными лидерами в термогенетике, российским ученым удалось решить две принципиальные задачи. Во-первых, создать особую генетическую конструкцию, которая встраивается в нейрон. "Мы собираем ее в определенной последовательности из тысяч нуклеиновых кислот, причем если хотя бы одна занимает не то положение, то ничего работать не будет, - объясняет Балабан. - Конструкция должна проникнуть через мембраны клетки нейрона, встроиться в его геном, дать старт для наработки белка змеи. Только тогда нейрон начинает реагировать на изменение температуры. Чтобы найти оптимальный вариант конструкции, пришлось перебрать несколько десятков версий".
Вторую задачу решили физики МГУ. Дело в том, что управлять температурой нейрона надо очень осторожно. Если его недогреть, то он может неактивизироваться, а перегрев приведет к его гибели. Коллектив физиков под руководством Алексея Желтикова разработал высокоточный метод измерения температуры с помощью квантовых эффектов в микрочастицах алмазов.
Но это не только прорывное исследование российских ученых, но и парадоксальное. По словам Павла Балабана, оно выполнено, по сути, в инициативном порядке, с мизерным финансированием. "Фонды, которые выдают крупные гранты, требуют, чтобы мы нашли инвесторов для софинансирования, - сетует Балабан. - Но кто же согласится вкладываться в сугубо фундаментальные исследования? Желающих не видно. Не сомневаюсь, что совсем скоро по дороге, которую мы нашли, ринутся ведущие лаборатории мира, и мы из лидеров превратимся в аутсайдеров. Как это уже нередко бывало в нашей науке".
Российская газета