Керувати нервовими клітинами можна за допомогою білка, чутливого до ультразвуку.
Ми часто чуємо про дивовижні нейробіологічні дослідження, зроблені за допомогою методів оптогенетики. Про ці методи ми вже якось розповідали досить докладно, тому нагадаємо суть: нейрон забезпечується фоточутливим мембранним білком, який під дією світла відкриває в мембрані іонні канали; перерозподіл іонів між внутрішньою і зовнішньою стороною мембрани генерує нервовий імпульс. Фоточутливий білок синтезує сам нейрон з гена, який в нього впроваджують генною інженерією. Коли ми висвітлюємо нейрон або групу нейронів з фотобілком, вони посилають нейрохімічний імпульс іншим нейронам, активуючи їх або, навпаки, змушуючи замовкнути. Так можна отримати масу відомостей про те, чим займаються окремі нервові ланцюги і цілі ділянки мозку.
Як модифіковані нейрони отримують світловий імпульс? Для цього в мозок вводять оптоволоконний світловод. Є інший варіант, коли мозок опромінюють зовні спеціальним світлом, а світлочутливі білки в нейронах реагують на сигнал, що доходить до них крізь товщу тканин. Але товща тканин все одно не повинна бути занадто товстою, тобто якщо мова йде про нейрони в глибині мозку, потрібен світловод. Співробітникам Інституту Солка прийшла в голову думка, що тут можна обійтися без операцій на мозку, якщо нейрони будуть підкорятися не світловим імпульсам, а звукам. Нервові клітини отримують не фото-, а «звукочутливий» білок - тобто такий рецептор, який сприймає механічні звукові коливання і відкриває іонний канал; замість оптогенетики ми отримуємо соногенетику. Сім років тому ідею успішно перевірили на хробаку-нематоді і почали експериментувати з клітинами ссавців.
Але той «звукочутливий» рецептор, який працював у нематоди, для звіриних клітин виявився марним. Дослідникам довелося перебрати кілька сотень білків у пошуках того, який реагував би на звук у 7 мегагерц - така частота нешкідлива для живих тканин. Найбільш підходящим несподівано виявився білок ссавців TRPA1, або, як його ще називають, рецептор васабі. Досі вважалося, що він допомагає відчувати деякі хімічні речовини, холод, біль і дотики (завдяки йому ми відчуваємо роздратування в горлі або в очах), але, як з'ясувалося, він ще робить клітини чутливими до ультразвуку. TRPA1 впровадили в нейрони, що лежать досить глибоко в руховій корі мозку миші; щоб доставити туди ген TRPA1, використовували поштові вірусні частинки, налаштовані на конкретні нервові клітини. Нейрони стали синтезувати TRPA1 і реагувати на ультразвук: коли рухові нейрони «чули» потрібну частоту, у миші починали мимовільно рухатися лапи. Результати експериментів описано в Nature Communications.
Передбачається, що соногенетика зробить нейробіологічні експерименти більш «життєвими»: щоб вивчити роботу нейронних ланцюгів в глибині мозку, в нього не треба буде вводити світлові дроти. Більш того, автори роботи говорять навіть про нові методи терапії різних психоневрологічних розладів - тут, звичайно, виникають питання щодо використання методів генетичної інженерії в клініці, але генетична інженерія в клініці вже використовується, і чим далі, тим більше.