Be lehet kapcsolni a halakat

Amerikai kutatók új módszert dolgoztak ki a viselkedés idegi szabályozásának földerítésére. Mesterséges fényérzékeny fehérje felhasználásával sikerült fényimpulzussal be- és kikapcsolni zebrahalak farkának úszómozgását. Az eredményeket a Nature legújabb számában közölték.

A kutatók jelenleg gyakran az összefüggések alapján határozzák meg egy-egy idegsejt (neuron) funkcióját. Ha a neuronoknak adott csoportja mindannyiszor aktiválódik, amikor az állat valamilyen viselkedést hajt végre, akkor feltehető, hogy ezek a neuronok szabályozzák az adott viselkedést. Fordítva is igaz: ha a neuronok működésének gátlása miatt megszűnik a viselkedés, akkor valószínűleg az érintett neuronok irányítják azt.

"Mi azonban vissza akartuk vezetni a viselkedést az idegrendszer mélyére, és meg akartuk határozni a viselkedésért közvetlenül felelős egyedi neuronokat, ami idáig szinte lehetetlen feladat volt" - mondja a mostani kísérletek vezetője, Ehud Isacoff biofizikus, a Berkeley Lab munkatársa.

A kutatók sikerének kulcsa az a fénnyel aktiválható mesterséges fehérje volt, amelyet néhány éve fejlesztettek ki. Ez a protein genetikailag úgy módosítható, hogy kifejeződjön egy neuronban vagy más sejtben, és optikai kapcsolóként működjék. Adott színű fénnyel megvilágítva a fehérjét, bekapcsolódik és aktiválja a gazdaneuront. Más színű fénnyel megvilágítva kikapcsolódik és a neuron nyugalmi állapotba kerül.

Isacoff és munkatársai zebrahalak lárváiban próbálták ki a fényérzékeny fehérjét. Azt a sejtet keresték vele, amely a zebrahalak úszómozgását működtető idegi útvonalat aktiválja.

Először véletlenszerűen fejeztették ki a fehérjét több száz zebrahal lárvájának genomjában. Ily módon néhány fénnyel aktiválható protein izomsejtekbe, mások csontsejtekbe, megint mások pedig a központi idegrendszerbe kerültek. Ezután kiválasztották azokat a halakat, amelyeknél a gerincvelő idegsejtjeibe (itt találhatók a mozgásért felelős neuronok) kerültek a fényérzékeny fehérjék.

Következő lépésben megvilágították ezeket a halakat. A fény bekapcsolásakor egy maroknyi hal spontán úszó mozdulatokat végezve ide-oda mozgatta a farkát. A további elemzések elvezették a kutatókat e viselkedés idegi forrásához. Minden úszómozgással reagáló halnál az optikai kapcsoló fehérje a Kolmer-Agduhr neuron nevű sejtben fejeződött ki. Ennek létét már 75 éve ismerték a kutatók, de a funkciója egészen mostanáig rejtély maradt.

"Eljárásunk lehetővé teszi, hogy az idegrendszer olyan korábban ismeretlen részeit határozzuk meg, amelyek a viselkedést szabályozzák. És ezt a megközelítésmódot széles körben lehet alkalmazni. Amit mi a mozgással kapcsolatban csináltunk, azt meg lehet tenni bármely viselkedéssel és sokféle biológiai rendszerben" - jelentette ki Isacoff.

Forrás: Nature