Оптогенетика, основанная на оптике (изучение света) и генетике (изучение наследственности), поставила семимильную обувь на ноги исследованиям мозга. Он показал, какие нервные клетки нас будят, и помог прояснить, как кокаин и другие наркотики перепрограммируют систему вознаграждения мозга. Исследователи использовали его для восстановления утерянных воспоминаний, продемонстрировав, что в некоторых случаях сама память остается нетронутой и только ее восстановление затруднено.
Оптогенетика показала, что нейронная основа «типичного мужского» поведения также дремлет в женском мозгу. А у мышей с болезнью Паркинсона он снова превратил типичную шаркающую походку в уверенные шаги. В этом году исследователи впервые будут использовать оптогенетику, чтобы попытаться восстановить зрение у слепых людей.
Чтобы справиться с жизненными трудностями, различные типы нервных клеток в мозгу животных и людей объединяются в цепи. Эти схемы сравнивают входящие сигналы, измеряют время, сохраняют воспоминания и т. Д. Когда несколько из этих схем работают вместе, они могут справляться со сложными задачами, такими как выбор между покупкой красного свитера и накоплением на пляжный отдых.Благодаря оптогенетическому методу Мизенбока мы можем изучать такие цепи гораздо точнее, чем раньше, — и в живом мозге. Этот подход представляет собой нечто вроде «волшебной палочки» для управления различными типами нервных клеток в неповрежденных цепях со скоростью мысли.
Он хорошо помнит этот момент: поздно вечером 12 июня 1999 года Мизенбок получил вдохновение, которое привело к рождению оптогенетики. Он генетически модифицировал нервные клетки, чтобы они производили белки, активность которых можно было контролировать с помощью света.
Благодаря этим белковым переключателям нервные клетки реагировали на освещение электрическими импульсами. Однако Мизенбоку нужно было убедиться, что только клетки, которые он хотел изучить, содержали переключатели. Он сделал это, соединив гены переключателей с последовательностями генов, которые активны только в определенных типах клеток. Таким образом, только интересующие типы клеток стали реагировать на свет. «Большим достижением Мизенбока было внедрение светорегулируемых белков в определенные типы клеток и, таким образом, создание условий для быстрого, простого и надежного включения и выключения нервных клеток.
Именно поэтому мы выбрали его лауреатом Премии Генриха Виланда 2015 года. — говорит профессор Вольфганг Баумейстер, председатель отборочной комиссии по присуждению премии Генриха Виланда.«С того момента, как мы провели наши первые успешные эксперименты, я знал, что этот метод даст нам новое понимание мозга. Но скорость, с которой он распространяется и улучшается другими исследователями, все еще удивляет меня», — говорит Мизенбок. «Сегодня все остальные исследовательские группы в области нейробиологии используют оптогенетику, чтобы ответить на такие вопросы, как то, как наш мозг принимает решения, почему мы чувствуем себя подавленными и что определяет наш аппетит».До оптогенетики исследователи могли контролировать либо отдельную клетку, либо все клетки и типы клеток в данной области мозга с помощью имплантации электродов.
Теперь они могут нацеливаться на один или несколько типов клеток, даже если они распределены по всему мозгу. Еще одно преимущество оптогенетики состоит в том, что световые сигналы можно включать и выключать с той же скоростью, с которой работают нервные клетки. В отличие от других методов, он позволяет исследователям напрямую влиять на мозговые цепи и, следовательно, на поведение животных, как впервые показал Мизенбок в 2005 году.
С момента его первого использования в культуре клеток в 2002 году Мизенбок и другие исследователи разработали и улучшили оригинальная идея. В настоящее время исследователи используют переключатели, настроенные на разные длины волн, для одновременного изучения нескольких типов клеток и их взаимодействия. (Чтобы узнать больше о методе, см. Информационное окно по оптогенетике.)По случаю церемонии презентации 6 ноября 2015 года Фонд Берингер Ингельхайм проведет научный симпозиум по оптогенетике во дворце Нимфенбург в Мюнхене, Германия.
Помимо выступления лауреата премии имени Генриха Виланда 2015 года, будут представлены лекции профессора Кристиана Люшера, профессора Ботонда Роска и профессора Артура Коннерта, посвященные их работе по оптогенетике, наркозависимости, болезни Альцгеймера и лекарствам от слепоты. Все три докладчика — всемирно признанные ученые в своих областях. Похвалы окажет лауреат Нобелевской премии профессор Берт Сакманн.
Программа англоязычного симпозиума прилагается.Геро Мизенбок — лауреатГеро Мизенбок изучал медицину в Университете Инсбрука, Австрия, и проводил постдокторские исследования в Мемориальном онкологическом центре Слоуна-Кеттеринга, Нью-Йорк, США. Он был членом факультета Корнельского университета и Йельского университета, США, до того, как в 2007 году поступил в Оксфордский университет, Великобритания, где он сейчас является профессором физиологии Уэйнфлета и директором-основателем Центра нейронных цепей и поведения.
Оптогенетика — методЧтобы включать и выключать определенные нервные клетки с помощью света, Геро Мизенбок первоначально перенес три разных гена плодовых мух в мозг мышей. Какой бы революционной ни была концепция, ее первое применение было громоздким, и реакция клеток задерживалась на несколько секунд. Однако через несколько лет Мизенбок и другие исследователи нашли способы контролировать активность нервных клеток с миллисекундными интервалами путем передачи одного гена.
Сегодня исследователи используют в качестве переключателей класс белков, называемых канальными родопсинами. Эти белки происходят из одноклеточных организмов, грибов и водорослей. Несмотря на их примитивное происхождение, даже клетки млекопитающих могут легко встраивать их в свои мембраны.
Как следует из названия, эти белки образуют каналы внутри клеточной мембраны, которые открываются в ответ на свет. При активации светом ионы втекают в ячейку или выходят из нее, в зависимости от типа канала. Эти ионные потоки заставляют нервную клетку начинать или прекращать работу. С помощью этого механизма исследователи могут включать и выключать измененные нервные клетки с помощью внешнего светового импульса.
Премия Генриха Виланда — наградаЭта международная награда отмечает выдающиеся исследования биологически активных молекул и систем в области химии, биохимии и физиологии, а также их клиническое значение. Премия в размере 100 000 евро названа в честь нобелевского лауреата Генриха Отто Виланда (1877–1957) и вручается ежегодно с 1964 года. Среди лауреатов — отобранных научным советом попечителей — четверо более поздних нобелевских лауреатов.
С 2011 года премия вручается фондом Boehringer Ingelheim.Фонд Берингер Ингельхайм — спонсорФонд Boehringer Ingelheim Foundation — благотворительный фонд. Она была основана в 1977 году Хубертусом Либрехтом (1931 — 1991), членом семьи акционеров компании Boehringer Ingelheim.
Фонд стремится поддерживать отличную научную работу в области медицины, биологии, химии и фармации. Благодаря программе PLUS 3 Perspectives и грантам на исследования фонд поддерживает руководителей младших групп.
Он также предоставляет средства в размере 100 миллионов евро в течение десяти лет для поддержки научной деятельности Института молекулярной биологии (IMB) и 50 миллионов евро на развитие наук о жизни в Университете Майнца. Фонд также вручает Премию Генриха Виланда и Премию Берингера Ингельхайма за выдающиеся исследования в области клинической и теоретической медицины в Университете Майнца.