Центр удовольствия у мышей научились «включать» магнитами

Нейрофизиологи из Виргинского университета разработали способ управлять мозгом и поведением живых мышей извне с помощью магнитов. Для этого учёные сконструировали искусственный белок, активирующийся в присутствии внешнего магнитного поля. Работая в клеточных мембранах нейронов «центров удовольствия», он заставляет их «включаться» и меняет поведение генетически модифицированного животного, заставляя его бежать и прижиматься к стенке с магнитами. О новой работе американских учёных рассказывает публикация в журнале Nature Neuroscience.

Вновь созданный искусственный ген Magneto назван в честь популярного персонажа комиксов издательства Marvel (серия X-Men). Он был получен и испытан группой учёных под руководством биолога Кристофера Деппмана (Christopher Deppmann) и инженера Али Гулера (Ali Guler). Ген Magneto кодирует белок, чувствительный к действию магнитного поля. Его экспрессия в нейронах головного мозга заставляет их активироваться в присутствии магнитного поля. Мыши, у которых Magneto срабатывал в «центре удовольствия», собирались в том углу клетки, где магнитная стимуляция была максимальной.

Белок Magneto — искусственный гибрид, сконструированный авторами из мембранного белка TRPV4, который ответствен за транспорт ионов кальция и ферритина, несущего скоординированный атом железа. Такой химерный белок способен выполнять функции магниточувствительного кальциевого канала.

После успешных экспериментов с геном, внедрённым в культуры клеток, он был внесён в хромосомы животных с помощью вирусного вектора (очень упрощённо — вирусы переносят чужеродные гены, которые затем способны экспрессироваться в заражённых клетках). Его работу связали с активацией генов, которые функционируют лишь в определённой группе нейронов — дофаминовых. Они играют ключевую роль в работе «системы внутреннего вознаграждения» мозга.

Шесть таких модифицированных мышей и шесть «обычных», не несущих гена Magneto, учёные поместили в клетку, на одной стороне которой работало магнитное поле. Как и ожидалось, оно стимулировало работу магниточувствительного белка и усиливало выброс нейромедиатора дофамина.

Это создавало у генетически модифицированных мышей эйфорические переживания и заставляло их собираться возле «намагниченной» стороны клетки, но лишь до тех пор, пока учёные не выключали магнитное поле. Такие же впечатляющие результаты были получены и в сходных экспериментах с аквариумными рыбками данио-рерио.

Сегодня огромной популярностью у исследователей пользуются методы химического и светового контроля за активностью нейронов — хемо- и оптогенетика. Они позволяют избирательно и точно менять поведение нервных клеток, изучая их работу и функции. Теперь к этим подходам может добавиться и метод управления нейронами посредством магнитных полей. Авторы отмечают, что если методика будет доработана, она может стать выгодной альтернативой опто- и хемогенетике, поскольку не требует хирургического или химического вмешательства в работу мозга.