http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=8d40cd5c-8f62-4438-921c-9e4341ac7bab&print=1© 2024 Российская академия наук
ОПТОГЕНЕТИКА СУЛИТ ПРОРЫВ В ЛЕЧЕНИИ БОЛЕЗНЕЙ МОЗГА
Академик Михаил ОСТРОВСКИЙ, постоянный автор «Поиска», не-давно участвовал в крупной международной конференции «Оптогенетика-2020», поддержанной грантом Российского фонда фундаментальных исследований. Она проходила в Петербурге в режиме видеоконференции, так что ученый оставался дома, как и его коллеги из более чем 10 зарубежных стран. Форум собрал свыше 300 исследователей, и среди них, особо отметим, почти 200 молодых. Российские оптогенетики представляли чуть ли не всю страну: от Калининграда до Владивостока, от Петербурга до Симферополя.
- Михаил Аркадьевич, вы один из организаторов конференции, энтузиаст этой сферы знания. Объясните непосвященным, что такое оптогенетика?
- Это всего лишь метод, сравнительно новый и чрезвычайно перспективный. Возник в самом начале 2000-х годов, а в 2010-м был объявлен «методом года». Родился на биофаке Московского университета в конце 70-х годов прошлого века, когда профессор Ф.Литвин и его молодые сотрудники братья Олег и Виталий Синещековы, изучая реакцию на свет одноклеточных зеленых водорослей, обнаружили, что управляет ею родопсин - ключевая молекула зрения. Но эти фундаментальные исследования еще не предвещали появление оптогенетики. Лишь четверть века спустя немецкие, а за ними и американские ученые использовали ген родопсина для регулирования клеток мозга, сетчатки глаза, сердца. Так родилась оптогенетика. Она вобрала в себя достижения физиологии, генной инженерии, оптики. Ее преимущества по сравнению с традиционными технологиями - высокая селективность и скорость воздействия на необходимые экспериментатору типы клеток. Суть способа - внедрение гена светочувствительного белка в заранее отобранные клетки. Там он и продуцирует массово этот самый светочувствительный белок. И теперь клетка становится чувствительной к свету. Если направить луч на определенные нейроны, появляется возможность их «включать» и «выключать», то есть возбуждать или тормозить их активность.
Все эксперименты, уточним, проводятся на мышах. И чтобы послать свет в заданную точку, как это ни прискорбно, приходится делать дырку в черепе грызунов. Не самый лучший способ доставить луч к нейронам мозга. И сейчас ученые ищут возможность достичь цели с помощью, например, ультразвука или инфракрасного излучения.
- Вы сказали, направить луч света, а как это делается?
- Доставка - дело далеко не простое. В роли «почтальона» выступает совершенно безвредный вирус. Несмотря на то, что он очень мал, в него можно «вложить» посылку - ген. Она снабжена «ключиком», который находит именно те клетки, куда надо доставить ген. Встраиваясь в генетический аппарат клетки, он производит в ней светочувствительные белки. Так клетка мозга, сетчатки или сердца становится светочувствительной.
- С этим ясно, а как происходит лечение?
- До лечения еще далеко. Пока идет накопление фундаментального знания. Здесь и совершается революция. Наука о работе мозга вышла на новый виток спирали познания: изучения механизмов памяти, зрения, управления движением, механизмов возникновения депрессии, эпилепсии, целого ряда неврологических и психических заболеваний. Единственная область медицины, насколько я знаю, в которой уже идут первые клинические испытания оптогенетики, - офтальмология. Речь идет о попытке возвращения, хотя бы частично, зрения слепым людям. В их сетчатке погибли светочувствительные зрительные клетки, но другие, не светочувствительные, нервные клетки сохранились. В них и «вставляется» наш белок, и они становятся псевдозрительными клетками. Под действием света они способны возбуждаться и посылать сигналы - зрительную информацию - в мозг. Естественно, для этого не нужно ничего сверлить - оптическая система справляется превосходно. Полноценное зрение вернуть вряд ли возможно. Но если слепой человек сумеет отличить свет от тьмы, увидеть, скажем, в комнате стол и стул, а на улице - автомобиль, то, согласитесь, это - победа. И она вполне реальна. Поэтому лечение глазных болезней, как мне думается, будет первым ощутимым и эффективным медицинским достижением оптогенетики.
- А что кроме зрения?
- В принципе, с помощью оптогенетики или рождающихся сейчас термогенетики или хемогенетики возможно лечение психиатрических и неврологических болезней: Альцгеймера и Паркинсона, эпилепсии и депрессии - тяжелого и распространенного расстройства. Недаром депрессию называют бичом человечества, и на конференции ее обсуждали. Уже блестящие, на мой взгляд, ведутся эксперименты на трансгенных мышах, страдающих от эпилепсии. При этом заболевании известная группа нервных клеток в определенной области мозга приходит в состояние перевозбуждения. Клетки посылают сигнал мышцам, и у человека начинается припадок. Однако стоит в клетки вставить светочувствительный белок (в экспериментах с мышами это уже делают) и посветить на них, как больные клетки затормаживаются, перестают посылать сигналы мышцам - припадок прекращается. Но это - дело будущего, поскольку не так-то просто доставить свет к больным клеткам внутри мозга. (Не станешь же сверлить больным дырку в голове!)
- Вернемся к конференции. Какие сообщения показались вам наиболее интересными, значимыми?
- Блестящую лекцию прочел академик Константин Анохин (Москва). Он рассказал, как с помощью методов оптогенетики его группа изучает проблемы памяти. Ищет ответы на фундаментальные вопросы: как человек запоминает (кодирует информацию) и как вспоминает, - это еще более трудная задача. Разобраться в этом наисложнейшем механизме, понять, как он работает, - одна из острейших проблем нейробиологии. Николай Дыгало (Новосибирск) посвятил свой доклад возможностям лечения депрессии. Известно, какие области мозга повинны в этом тяжелом недуге. Найти способ к ним подобраться, понять механизмы возникновения депрессивных состояний, а затем и их лечения - острейшая проблема. Произвел впечатление доклад молодой исследовательницы Марии Рысаковой (Москва): она изучала свободное поведение животных. В определенные клетки мозга грызунов вставляли светочувствительные белки, и в зависимости от того, давали свет или выключали, крысы становились агрессивными или успокаивались. Выходит, что с помощью света можно управлять поведением животных. Это важно для понимания, что такое агрессия и как из нее выйти. Предмет исследований Валентина Горделий (он возглавляет международную российско-немецко-французскую группу) - поиск новых светочувствительных белков, то есть инструментов оптоген етики. Это новое знание необходимо для решения самых разных задач. Михаил Фирсов (Санкт-Петербург) рассматривал методические подходы к протезированию слепой сетчатки оптогенетическими средствами. Поиском новых методов, замечу, сейчас активно заняты многие лаборатории мира. Очень интересным был в этой связи доклад Алексея Малышева (Москва), описывавшего миниатюрное устройство - минископ. Он крепится на голове свободно двигающейся мыши и позволяет регистрировать работу нейронов мозга.
- Ваши исследования требуют, наверное, немалых средств: нужны животные, расходные материалы... Вас поддерживают?
- Поддержка есть, но она носит, я бы сказал, эпизодический характер. Отдельные наши исследователи получают гранты, но их явно недостаточно. Мы очень рассчитываем на государственную федеральную программу по изучению мозга. Ее готовит РАН, а возглавляет подготовку вице-президент академии Владимир Чехонин. Замечу, что подобные программы есть в большинстве развитых стран и успешно там работают. Я вхожу в рабочую группу, и в рамках этой программы мы подготовили предложения по развитию оптогенетики. Так что есть надежда получить финансирование.
У российской оптогенетики сейчас две главные проблемы - производство безвредных вирусов для доставки гена светочувствительного белка в клетки и создание трансгенных животных, моделирующих те или иные заболевания. В мире с ними давно справились. Но купить за рубежом вирусы или трансгенных животных - огромная трудность для нас, даже не столько денежная, сколько бюрократическая. А у нас подобного производства, увы, практически нет.
- У конференции будет продолжение?
- Обязательно! Наша следующая встреча должна произойти через два года там же, в Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН (Санкт-Петербург). Признаюсь, когда мы собрались первый раз в 2018 году, в зале были человек сто. В этот раз народу собралось раза в три больше. Видеоконференция прошла, как мне показалось, даже лучше традиционной. Возник эффект присутствия. Никто никуда не спешил, поскольку все сидели дома. Тон конференции - неформальный и дружеский - задал директор института, модератор Михаил Фирсов. Мы подробно обсуждали доклады и лекции, было много вопросов - шла свободная дискуссия. Мы знаем, куда двигаться дальше и что надлежит делать. И в продвижении к цели, замечу, наша страна, хотя и не «впереди планеты всей», но находится на вполне достойном уровне.