Нейрони можна вмикати і вимикати ультразвуком - якщо тільки заздалегідь забезпечити клітини спеціальним білком, що реагує на механічні коливання.
У нейробіологічних новинах ми часто читаємо про оптогенетичні методи, коли нейрони в мозку піддослідної миші активуються світлом. Цього року оптогенетиці виповнилося 10 років, і порівняно недавно ми докладно писали про те, як вона створювалася, як працює і де застосовується. Якщо коротко, то суть методу в наступному: 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. Світло можна «провести» в мозок за допомогою оптоволоконного світловода, що до гена фоточутливого білка, то тут на допомогу приходять генноінженерні хитрощі. Оптогенетика дозволяє вибірково керувати чітко виділеними групами нейронів, що, зрозуміло, дає нам масу інформації про роботу окремих нервових ланцюгів і цілих ділянок мозку.
Але світло не єдиний перемикач, який можна тут використовувати. Дослідники з Інституту Солка створили альтернативний соногенетичний метод, названий так за аналогією з оптогенетичним. За назвою можна зрозуміти, що тут мова йде про звук, а точніше, про ультразвук, який запускає нейронний імпульс. Ультразвук викликає механічні коливання, тобто нейронам потрібен такий іонний канал, який відкривався і закривався б у відповідь на механічний стимул. Як такий канал Стюарт Ібсен (Stuart Ibsen) і його колеги використовували TRP-4, активуючи його ген у різних нервових клітинах круглого хробака, нематоди Caenorhabditis elegans.
Щоб ультразвуковий сигнал зміг подіяти, його передавали не через повітря, а через воду, в яку був занурений посуд з хробаками. Для додаткового посилення додавали ще й ліпідний розчин: після видалення розчинника ліпіди формували шар мікропузирків, які служили додатковими резонаторами. За допомогою коротких звукових імпульсів вдавалося змусити вільно повзаючих хробаків змінювати напрямок руху або регулювати частоту скорочень тіла. Конкретний ефект залежав від того, які нейрони забезпечили «вухами» - механочутливим мембранним білком TRP-4. Сам по собі він належить геному нематоди, так що, якщо намагатися зробити те ж саме в мишах або щурах, то доведеться спочатку дізнатися, як TRP-4 поведе себе в абсолютно неспорідненому організмі. Втім, за словами авторів роботи, для цих цілей можна спробувати змінити сам білок, підвищивши його ефективність і сумісність з чужими клітинами, або ж знайти якісь інші природні аналоги. Результати експериментів опубліковані в Nature Communications.Перевага
соногенетики в тому, що тут не потрібно вводити звуковод в тіло - ультразвукові коливання приходять до нейронів ззовні. (Втім, варто зазначити, що і в оптогенетиці з'явилися варіанти, коли дослідники обмежуються зовнішнім світловим опроміненням з підвищеною проникністю, а світлочутливі білки в нейронах реагують на сигнал, що доходить до них крізь товщу тканин.) Крім того, автори нового методу пропонують використовувати багатоканальний звук, щоб різні нейрони «чули» щось своє, і в результаті можна було б відразу спостерігати роботу декількох нервових ланцюгів. Раніше вже з'являлися роботи, присвячені стимулюючому впливу ультразвуку на мозок тварин і людини, а компанія Sony навіть запатентувала методику, яка дозволяла б геймерам відчувати запах, смак і чути звуки, і все завдяки звуковій стимуляції. У разі соногенетики мова йде про найбільш специфічний вплив, сфокусований на окремих нервових клітинах, правда, зважаючи на необхідні генно-інженерні маніпуляції навряд чи цей метод буде коли-небудь використаний на людях.