Российские ученые исследуют новый инструмент для оптогенетики

Международная группа исследователей с участием российских ученых из МФТИ описала новый инструмент оптогенетики: белок, который активирует отдельные нейроны и заставляет их отправлять сигналы мышечным и нервным клеткам.

Исследователи описали работу белка NsXeR из класса ксенородопсинов в качестве инструмента для оптогенетики. Оптогенетика – метод, который позволяет управлять нервными и мышечными клетками живого организма с помощью света. У данной методики очень высокая точность, благодаря чему можно контролировать отдельные нервные клетки, активируя или дезактивируя определенные пути передачи информации. Алгоритмы оптогенетики применяются для частичного восстановления потерянного зрения, слуха или для управления сокращением мышц. 

Оптогенетика задействует светочувствительные белки, которые встраивают в определенные клетки организма. После встраивания в нейрон светочувствительный белок при правильно подобранном световом импульсе может запускать или заглушать нервный сигнал. Таким образом можно имитировать работу некоторых зон мозга и даже изменять поведение организма. Встраивание светочувствительных белков также помогает регулировать работу мышечных клеток, заставляя их напрягаться или расслабляться.

Белок NsXeR, работу которого описывают исследователи из МФТИ, может стать новым инструментом в оптогенетике и использоваться для управления мышечными и нервными клетками. Но для работы с этими клетками необходимо исключить транспорт ионов кальция, потому что мышечные клетки чувствительны к изменению его концентрации. Использование белков, не избирательно переносящих разные положительные ионы, приводит к появлению негативных побочных эффектов.

Но белок NsXeR избирательный и закачивает внутрь клетки только протоны. Также ксенородопсин прокачивает протоны вне зависимости от их концентрации по обе стороны мембраны. Таким образом, NsXeR отличается от используемого сейчас в исследованиях родопсина, который переносит любые положительные ионы и лишь «открывается» под действием света, позволяя ионам идти по направлению от большей концентрации к меньшей. В свою очередь возможность запускать только протоны уменьшает вероятные побочные эффекты и повышает качество воздействия на нейроны.

Сейчас международная группа ученых продолжает работу по оптимизации белка NsXeR для оптогенетики.