Люминесцентный фермент светлячков поможет следить за активностью нейронов

Американские исследователи заставили клетки мозга испускать свет с помощью люциферазы — фермента, благодаря которому светятся светлячки – и изменения концентрации катионов кальция. Этот метод позволит лучше следить за взаимодействием групп нейронов в мозге. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Долгое время за активностью нейронов наблюдали с помощью электрических методов. Они позволяли качественно следить за активностью только небольшого количества нейронов. Ученые из Университета Вандербильта решили разработать флуоресцентный метод, который позволил бы наблюдать за активностью больших групп нейронов. Во время изучения биолюминесценции хламиномонады ученым пришла идея объединить люминесценцию с оптогенетикой, чтобы по-новому изучать активность мозга.

Оптогенетика позволяет «включать» и «выключать» отдельные нейроны под действием света. Но, чтобы нейрон реагировал на свет, у него должен быть светочувствительный рецептор. Таким рецептором является, например, родопсин, который состоит из белка опсина и кофактора ретиналя. Под действием света ретиналь меняет свою структуру, передавая таким образом сигнал опсину, который, в свою очередь, активирует нейрон.

Ученые модифицировали фермент люциферазу, полученный из вида люминесцентных креветок, так, чтобы он начинал работать при изменении концентрации катионов кальция. Чтобы вставить фермент в клетки мозга, ученые соединили его с вирусом, который мог «заражать» нейроны. Таким образом, когда на люциферазу воздействовали светом, кальциевые каналы нейронов открывались, люминесцентный фермент реагировал на изменение концентрации кальция и испускал свет.

Для подтверждения того, что новый метод заставит светиться большое количество нейронов, ученые поместили свой ферментный датчик в срез гиппокампа мыши, который содержал тысячи нейронов. Исследователи планируют разрабатывать свой метод и дальше, чтобы повысить его чувствительность.