×

Зрение от водоросли

Автор телеграм-канала «Блуждающий нерв» Денис Тулинов рассказывает об открытии нейробиологов, которое стоит Нобелевки и апеллирует к известному Евангельскому сюжету – прозрению слепого (впрочем, не слепорождённого)
+

Если бы учёные, в конце 1970-х изучавшие одноклеточные водоросли, узнали, что спустя сорок лет их изыскания помогут вернуть зрение человеку, они бы наверняка удивились. Однако так в итоге и случилось. Пока они у себя в США смотрели в микроскопы, по другую сторону Атлантики, во Франции, один 18-летний юноша начал терять зрение. У него развился пигментный ретинит – коварное заболевание, убивающее фоторецепторы в сетчатке глаза. Фоторецепторы – это клетки, выстилающие глазное дно, они ещё известны как палочки и колбочки, содержат светочувствительные белки, опсины. Клетки постепенно отмирают от краёв сетчатки к центру, человек всё больше теряет зрение и затем слепнет.

Ретинит вызывает мутации в нескольких десятках генов, от него страдают миллионы людей во всём мире, и лечения до сих пор не придумано. И вот в конце мая 2021 года научный журнал Nature Medicine сообщил новость: учёные из Франции и Швейцарии вернули зрение 58-летнему французу – тому самому бывшему юноше, и после долгих лет слепоты он вновь стал видеть. Ученые сделали это, позаимствовав белки-опсины у одноклеточной водоросли. Но путь к этому решению был не прямой. 

«Выключатель» мозга

Сорок лет назад биологи изучали, как водоросль Chlamydomonas reinhardtii видит свет. Она питается за счёт фотосинтеза и плывёт туда, где света больше. Чтобы плыть, у неё есть пара жгутиков, а «видит» она опсинами, собранными в пятно на боку. В середине 2000-х учёным пришла в голову идея взять у водоросли ген, отвечающий за синтез опсина, и встроить его в отдельные нервные клетки (нейроны), например, в мозге мыши. Тогда эти клетки отрастят опсины у себя на поверхности и станут реагировать на свет. И тогда нейронами (а значит, и мышами) можно будет управлять – просто посветив на них. 

 Медиапроект s-t-o-l.com

Пациент выполняет визуальную задачу в сочетании с записями ЭЭГ. Фото: nature.com

Эта идея быстро обрела популярность. Она позволила учёным легко включать и выключать только те клетки мозга, которые им нужны, и не мешать остальным. Метод назвали оптогенетикой, и в 2010 году журнал Nature Methods объявил оптогенетику методом года. За неё уже вручили Brain Prize – престижную нейронаучную награду в размере миллион евро, и нет сомнений, что рано или поздно присудят Нобелевскую премию. За последние 15 лет проведено множество исследований, где при помощи оптогенетики на модельных животных биологи изучают нервные пути, отвечающие за память, обучение и развитие целого ряда заболеваний. Но на человеке её не применяли. 

 Медиапроект s-t-o-l.com

Расшифровка данных ЭЭГ на основе амплитудной модуляции спектра мощности затылочных альфа-колебаний. Фото: nature.com

А затем возникла ещё одна идея. Учёные решили использовать оптогенетику, чтобы избавить от слепоты больных пигментным ретинитом. У этих людей хоть и деградируют фоторецепторы, но в сетчатке ещё остаются здоровые ганглионарные клетки. Это нейроны, которые ждут от палочек и колбочек сигнал, чтобы передать его по зрительному нерву дальше в мозг. Что если заставить эти нейроны реагировать не на сигнал, а на свет, ведь делать нейроны светочувствительными биологи умеют со дня рождения оптогенетики? Надо лишь встроить в клетки тот самый ген белка-опсина…

Умные очки

Француз, о котором пишут в Nature Medicine, получил инъекцию в стекловидное тело глаза (обычная медицинская процедура), и через укол частицы гена попали в ганглионарные клетки. Там ген начал работать, на мембранах клеток появились молекулы светочувствительного белка. Но есть важный нюанс: ганглионарные клетки обычно получают сигнал порциями, и если свет падает постоянно, они не станут реагировать. Кроме того, опсины имеют очень ограниченный диапазон уровней освещённости, при которых они могут работать. Зрения так не получишь. Поэтому учёные придумали трюк – они сделали умные очки.

Умные, потому что это даже не очки, а настоящий гаджет. Вместо стекла у них на внешней стороне камера-матрица, и каждый её пиксель улавливает перепады яркости окружающей среды. Очки переводят эти данные в монохромную картинку и передают её в реальном времени на сетчатку глаза в форме импульсов света: с внутренней стороны очки светят тёмно-жёлтым янтарным светом, который лучше всего подходит для встроенного в клетки опсина. И клетки начинают реагировать. Они отправляют эту «картинку» дальше по зрительному нерву в мозг. 

Пациент прошёл много тестов. Он видит контуры предметов и может заметить полосы пешеходного перехода на улице, узнать дверной проём, указать на мебель в комнате и взять телефон со стола. Учёные измерили активность его мозга во время использования очков, и оказалось, что зрительная кора, ранее молчавшая, проснулась. Она начала обрабатывать зрительные образы. Конечно, у полностью здорового человека зрение несравненно лучше, но для первого опыта в условиях неизлечимой болезни это серьёзный прорыв. 

Ценность его в том, что такое решение не требует сложных хирургических операций. Другие группы учёных идут альтернативным путём и создают искусственную сетчатку из фотоэлектрических пикселей. Такую электронную матрицу нужно имплантировать прямо в глазное дно. Это очень сложная и дорогая процедура, и если матрица не приживётся, будет отторгнута организмом или просто не заработает как надо, то её ещё придётся извлекать обратно. Есть вариант вставить чип прямо в зрительную кору мозга, но придётся вскрывать череп и столкнуться с тем же типом проблем. Оптогенетика в этом смысле гораздо изящнее, она ничего не нарушает в тканях и не требует вживления электроники. 

 Медиапроект s-t-o-l.com

Фотоэлектрический протез сетчатки. Фото: nature.com

Как метод оптогенетика родилась 15 лет назад, и тогда речь шла о стимуляции отдельных клеток, плавающих в чашке петри. Сегодня этим методом возвращают зрение человеку. И если такой темп сохранится, то в следующие 15 лет мы вправе ожидать ещё более впечатляющих новостей. Например, хорошо бы избавиться от вспомогательных очков или же добиться более четкого цветного зрения. При дальнейшем развитии биоинженерии это может стать реальностью.

 А данная история показывает нам, помимо прочего, насколько внутри науки все взаимоувязано. Ведь опыты по управлению нейронами с помощью света стали возможны, в том числе, благодаря тому, что некая водоросль использует светочувствительный белок и кто-то эту водоросль в своё время изучил. Совсем не имея в виду применение этих знаний в нейронауке и уж тем более для лечения пигментного ретинита и избавления людей от слепоты. 

Правда в том, что мы не знаем наперед, какие гены или молекулярные структуры окажутся важны для будущих биотехнологий. Скажем, некоторые ценные опсины обнаружены у экзотичных одноклеточных организмов, обитающих в соляных озерах среди пустынь. И чем больше видов вымирает, тем выше вероятность навсегда лишиться некоторых оригинальных решений. Так успех оптогенетики ещё раз убеждает, что бережное отношение к природе – насущная необходимость.

Комментарий эксперта «Стола», катехизатора Олега Глаголева:
 Медиапроект s-t-o-l.com
— Получить новость о таком научном открытии, которое возвращает человеку зрение, в Неделю о слепом – добрый знак и улыбка Небес. Большая радость и чудо, что человек вырван из полной тьмы и начал воспринимать свет, большая радость и чудо, что это становится доступным для многих потерявших зрение. Ведь эра гаджетов и интернета наносит неимоверный удар по зрению уже не миллионов, а миллиардов людей.

Конечно, евангельская история об исцелении слепорожденного (Ин 9: 1-38) в каком-то смысле  больше, чем рассказ о чудесном возвращении зрения учёными, потому уже, что зрение здесь Христом не возвращается, как это частично случилось сейчас с человеком, потерявшим зрение в 18 лет, а творится с нуля.

Евангельский слепой никогда не видел света, цвета, длины и объёма до чудесного помазания Христом его глаз своей слюной, смешанной с землей. Но и после помазания он не тут же прозрел, а сначала поверил помазавшему, сказавшему «ступай и умойся в купальне Силоам», и когда пошёл омывать глаза, то в пути стал видящим. Это второе отличие. Наука может совершать свои высокотехнологичные манипуляции без участия человека, человек здесь объект. А Богу требуется наше соучастие, наше доверие, вера, со-действие.

Отличие третье. Христос не лечит человека, а исцеляет. Он не просто возвращает или налаживает здоровье нашим глазам – Он возвращает нам наш богоравный подлинно человеческий калибр. Евангелие нам показывает, что видящий исцелённый человек отличается от слепца не только тем, что ориентируется в пространстве, не натыкается на предметы, но он в жизни начинает ориентироваться лучше, отличая красивое от безобразного, правду от лукавства. Обретя зрение, слепорожденный показывает верность обретенному дару и благодарность своему целителю – он говорит только то, что видит, называя доброе добрым, и не подстраивается под ложь и зло. Когда фарисеи агрессивно требуют признать исцелившего его Христа нарушителем закона и устоев – даже родителей исцелённого  охватывает страх, но бывший слепец спокойно и даже весело противостоит этой агрессии, называя Христа пророком и спрашивая фарисеев, уж не хотят ли они стать учениками Христа.

Для меня в этом открытии учёных есть ещё одно Божье чудо – то, что творение Божье имеет, чем поделиться с человеком. В данном случае своим даром реагировать на свет делятся с нами водоросли. Что-то в этом есть. В богословии подобное взаимопроникновение природ и даров называют перихоресисом – возможностью обогащать, дополнять и исцелять друг друга. Хотя, это, кажется, не новость.

Включить уведомления    Да Нет