Ученые из Японии продемонстрировали технику, способную, дистанционно управлять движениями червей. Имплантировав светочувствительные белки в организмы животных, команда смогла заставить их двигаться под лучами зеленого света и останавливаться перед ультрафиолетом.

An artistic cast of worms designed to move under green light and stop under ultraviolet light. Osaka Metropolitan University

Организмы должны уметь реагировать на различные раздражители в окружающей среде, такие как свет или химические вещества, так как это помогает им находить пищу и избегать опасностей. Взломав эту сенсорную систему, мы получим возможность создавать "киборгов" с дистанционным управлением. Например, тараканами можно управлять с помощью электрической стимуляции их антенн, благодаря которой они инстинктивно отворачиваются от обнаруженного препятствия.

В новом исследовании ученые из Университета Осака Метрополитен использовали в качестве пускового механизма белки, называемые опсинами. Опсины это рецепторы чувствительные к излучениям света разной длины волны. В ответ они посылают сигналы, способные активировать другие неврологические цепи, к которым они подключены. Область науки, изучающая такие процессы называется оптогенетика. Предыдущие работы с опсинами показали, что их можно использовать для восстановления зрения у слепых мышей или модулирования боли в ответ на свет.

В данном случае команда использовала их для контроля движений C. elegans, крошечного червя, широко используемого в лабораторных исследованиях. В червей были имплантированы два опсина. Первый, был получен из комаров и помещен в сенсорные клетки. Он заставлял животных извиваться в ответ на воздействие раздражителя, которым в данном случае был зеленый свет. Второй опсин, добытый из миноги и чувствительный к ультрафиолетовому свету, был имплантирован в двигательные нейроны. 

Таким образом, черви двигались под воздействием зеленого света и полностью останавливались под воздействием ультрафиолета. Команда протестировала метод и обнаружила, что технология работает многократно, что свидетельствует о том, что белки не разрушаются при повторном облучении. В перспективе эта техника может быть использована для создания оптогенетических сигнальных систем, выполняющих различные функции под воздействием света разных длин волн.

"Оба использованных нами опсина - комара и миноги - относятся к семейству рецепторов, связанных с белками G (GPCR), которые используются для восприятия различных стимулов, включая запах, вкус, гормоны и нейротрансмиттеры. Это доказывает, что данная система может быть использована для манипулирования различными GPCR и их последующей внутриклеточной сигнализацией, и физиологическими реакциями", - сказал профессор Мицумаса Коянаги, ведущий автор исследования.

Пока неясно, к каким именно применениям может привести это исследование, однако команда утверждает, что это прорыв в изучении биологии сенсорных систем, который в конечном итоге может привести к открытию новых лекарств.

Результаты этого исследования были зарегистрированы в издании PNAS.

Источники: Osaka Metropolitan University, Journal 
1. (https://newatlas.com/biology/remote-controlled-worms-light-movement/)
2. (https://www.upc-osaka.ac.jp/new-univ/en-research/news/221128/)