Яд птицееда покажет работу нейронов

Ученые изготовили прототип молекулярного сенсора, который выявляет неактивные нейроны в живом организме. При этом никаких генных модификаций самих нервных клеток не требуется, поскольку основа сенсора — токсин паука-птицееда.

Нейроны — одни из самых мелких клеток организма. Настолько мелкие, что до изобретения надёжных методов их окраски в конце XIX века спорили, из чего состоит нервная система — из набора клеток или всё-таки из непрерывной сети отростков и утолщений. Сейчас технологии позволяют рассматривать даже отдельные участки поверхности живых нейронов, а не убитых в процессе приготовления препарата, как это было сто лет назад.

Чтобы увидеть работу живой клетки, в большинстве случаев надо перестроить конкретный ген в нужных клетках (или даже во всем организме) так, чтобы при его активации вырабатывался не только «родной» белок этого гена, но ещё и флуоресцентный. Его свечение можно зарегистрировать, если использовать соответствующий микроскоп. Помимо того, что метод требует довольно много времени, есть вероятность, что чужеродный флуоресцентный белок как-то влияет на работу тех структур, в которых он присутствует.

Новый способ, в отличие от флуоресцентных белков, не требует генетических модификаций нейрона. Известно, что яд паука-птицееда присоединяется к одному из типов ионных каналов на поверхности нервной клетки. Ионные каналы — это белки с порой посередине, через которую заряженные частицы одного вида (редко нескольких) могут проходить внутрь клетки или, наоборот, выходить из нее. За счет тонкого баланса содержания разных ионов в нейроне и снаружи от него клетка поддерживает состояние покоя. Если баланс временно нарушается, нейрон может возбудиться и послать электрический сигнал, а то и несколько. Одни ионные каналы в этот момент активируются, другие временно прекращают свою работу.

Пептид в составе паучьего яда присоединяется только к конкретному виду ионных каналов на нейроне — одному из тех, через которые проходит калий. При этом токсин птицееда прикрепляется к каналам только тогда, когда они неактивны, и отсоединяется, как только эти белки начинают работать. Учёные из Морской биологической лаборатории в Вудс-Хол применили эту особенность паучьего яда, соединив его молекулы с флуоресцентным веществом (меткой). Они использовали очень разбавленный раствор пары флуоресцентная метка-токсин, в который поместили живые нервные клетки. Пока те находились в состоянии покоя, клетки ярко флуоресцировали, но как только активация клеток достигала определённого порога, они «гасли». Это происходило настолько чётко и быстро, что по изображениям с флуоресцентного микроскопа можно было весьма подсчитать количество активных и неактивных нейронов.

Как фактически принято говорить в подобных условиях, пока демонстрация успеха нового метода — только предварительные исследования, которые нужно подтвердить на большем количестве материала. Однако в будущем паучий яд и ему подобные вещества можно будет использовать для диагностики каналопатий — неврологических и кардиологических заболеваний, которые вызваны неполадками в ионных каналах конкретного типа. В отличие от трансгенных модификаций, способ подойдет не только для научных целей (ведь вряд ли кто-то добровольно согласится, чтобы состав его ДНК меняли!), но и для медицинских, ведь наследственность здесь никоим образом не задевается.