Luminescence वैज्ञानिकों को जानवरों के मस्तिष्क में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स के कामकाज का अध्ययन करने में मदद करता है

स्रोत: एलेक्सी कस्पेर्स्की (kashpersky.com)

जीवित जीवों की प्रजातियां जो लुमिनेसिस कर सकती हैं, वे इतने दुर्लभ नहीं हैं। ये गहरे समुद्र में मछली और अन्य जानवरों का उल्लेख नहीं करने के लिए कीड़े के साथ फायरफ्लाइज, बैक्टीरिया और जेलीफ़िश हैं। Luminescence इन जीवों को शिकार को आकर्षित करने, संवाद करने, या बस उनके बगल में जगह को रोशन करने में मदद करता है। वेंडरबिल्ड यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों की एक टीम नेउनकी सेवा में लुमिनेन्सिंस लगाने में कामयाबी हासिल की । वैज्ञानिकों ने एक एंजाइम का आनुवंशिक रूप से संशोधित रूप प्राप्त किया है जो शरीर की कोशिकाओं के बायोलुमिनसिनेंस का कारण बनता है, और इसकी मदद से वे मस्तिष्क कोशिकाओं को चमकाने के लिए "सिखाया" जाते हैं।

परियोजना का उद्देश्य उनके संचालन के दौरान मस्तिष्क के न्यूरॉन्स की बायोलुमिनेंस सुनिश्चित करना है। यह, वैज्ञानिकों के अनुसार, सरल जीवों के मस्तिष्क के सिद्धांत की बेहतर समझ की अनुमति देता है, जिससे अधिक जटिल जानवरों के मस्तिष्क के सिद्धांतों की समझ पैदा हो सकती है।

आधुनिक वैज्ञानिकों के पास पहले से ही व्यक्तिगत मस्तिष्क के न्यूरॉन्स को ट्रैक करने के लिए उनकी निपटान तकनीक है। लेकिन इन तकनीकों की कई सीमाएँ हैं। उदाहरण के लिए, उनकी मदद से, आप केवल एक निश्चित संख्या में न्यूरॉन्स के काम को ट्रैक कर सकते हैं। और मानव मस्तिष्क में 86 बिलियन से अधिक हैं, इसलिए मौजूदा इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल तरीके इस जटिल अंग के सभी विभागों के काम की एक साथ निगरानी की अनुमति नहीं देते हैं। शायद संशोधित लूसिफ़ेरस निकट भविष्य में इस समस्या को हल करने में मदद करेगा।

शोधकर्ताओं के एक दल ने प्रकाशन नेचर कम्युनिकेशंस में उनके काम के परिणामों को प्रकाशित किया । आधार ल्यूमिनेंस के क्षेत्र में विशेषज्ञों द्वारा अनुसंधान के पिछले परिणाम हैं (टीम ने पहले एककोशिकीय शैवाल क्लैमाइडोमोनस का अध्ययन किया था) और ऑप्टोजेनेटिक्स।

ऑप्टोजेनेटिक्स तंत्रिका कोशिकाओं के काम का अध्ययन करने की एक तकनीक है, जो उनकी झिल्ली में विशेष चैनलों की शुरूआत पर आधारित है - ऑप्सिन, जो प्रकाश द्वारा उत्तेजना का जवाब देते हैं। चैनलों को व्यक्त करने के लिए जेनेटिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग किया जाता है। न्यूरॉन्स और उनके नेटवर्क की गतिविधि के बाद के सक्रियण या निलंबन के लिए, लेजर, ऑप्टिकल फाइबर और अन्य जटिल ऑप्टिकल उपकरण का उपयोग किया जाता है। 2005 में ऑप्टोजेनेटिक्स दिखाई दिया। तब वैज्ञानिकों ने पहली बार इस तरह के ओप्सिन का उपयोग चैनलोडॉप्सिन -2 ( चैनलरोडोप्सिन -2, ChR2 ) के रूप में किया था।

optogeneticsतंत्रिका नेटवर्क का अध्ययन करने के लिए इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल तरीकों के साथ काम करने के मामले में न केवल अवलोकन में बड़ी संख्या में न्यूरॉन्स को कवर करने की अनुमति देता है। यह अत्यधिक चयनात्मक सक्रियण या कुछ न्यूरोनल कनेक्शनों के दमन की संभावना को भी खोलता है। विशेषज्ञों का कहना है कि यह पार्किंसंस रोग, अवसाद, चिंता और मिर्गी के लिए प्रभावी चिकित्सा प्रदान करने में मदद करेगा। जब ऑप्टोजेनेटिक विधियों का उपयोग किया जाता है, तो वैज्ञानिक आमतौर पर प्रतिदीप्ति के साथ काम करते हैं।

जीव विज्ञान के प्रोफेसर कार्ल एच। जॉनसन के अनुसार, जो अध्ययन का नेतृत्व करते हैं, प्रतिदीप्ति के बजाय बायोलुमिनसेंस का उपयोग किया जाना चाहिए। “फ्लोरोसेंट कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न प्रकाश को अवलोकन के लिए आवश्यक प्रकाश द्वारा दबा दिया जाता है। Luminescence अंधेरे में काम करता है, ”वैज्ञानिक ने कहा। समस्या यह भी हैकि फ्लोरोसेंट सामग्री मस्तिष्क के सभी विभागों में शुरू करने के लिए इतनी सरल नहीं है जो वैज्ञानिकों के लिए रुचि रखते हैं, इसे प्रत्येक व्यक्ति के न्यूरॉन में पेश करने की आवश्यकता को देखते हुए।

इसलिए, वैज्ञानिकों ने एक अलग दृष्टिकोण पाया है। उन्होंने ल्यूमिनेसेंट प्रकार के झींगे के शरीर से ल्यूसिफरेज लिया, और आनुवंशिक रूप से इसे संशोधित किया ताकि ल्यूसिफरेज की चमकदार गतिविधि कैल्शियम अणुओं की उपस्थिति में दिखाई देने लगे। न्यूरॉन्स में कैल्शियम की एकाग्रता काफी अधिक होती है, लेकिन साथ ही, मस्तिष्क के कोशिकाओं के बाहर यह तत्व पर्याप्त नहीं है। जब एक न्यूरॉन एक संकेत प्राप्त करता है, तो कैल्शियम की एकाग्रता अधिकतम हो जाती है, जो कि शामिल सेल के ल्यूमिनेंस की ओर जाता है। संशोधित एंजाइम वायरस के लिए धन्यवाद मस्तिष्क कोशिकाओं को संलग्न करने में सक्षम था। इसके साथ, वैज्ञानिकों ने कैल्शियम सेंसर में एंजाइम को पेश किया, इसे न्यूरॉन में पेश किया।


व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की Luminescence आनुवंशिक रूप से संशोधित एंजाइम (स्रोत: जॉनसन लैब / वेंडरबिल्ट यूनिवर्सिटी) के उपयोग के लिए धन्यवाद संभव हो गया है

अब तक, प्रयोगशाला में विकसित न्यूरॉन्स पर, साथ ही चूहों के हिप्पामैम्पल स्लाइस पर नई तकनीक विकसित की गई है। ल्यूमिनेसेंट नमूना तैयार करने में तीन सप्ताह लगते हैं। दोनों ही मामलों में, न्यूरॉन्स ने एक विद्युत संकेत प्राप्त करने पर लुमिनेस शुरू किया, जिससे कैल्शियम की एकाग्रता में वृद्धि हुई। वैज्ञानिकों की सफलता इस तथ्य के कारण भी है कि हाल ही में एक नया लूसिफ़ेरस, जिसे नैनोलुक कहा जाता है, बनाया गया है ।

"हमने दिखाया कि हमारी तकनीक काम करती है," जॉनसन ने कहा। “अब हमें यह निर्धारित करने की आवश्यकता है कि यह कितना संवेदनशील है। हमारा मानना ​​है कि व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की सक्रियता को निर्धारित करने के लिए नई विधि पर्याप्त है, लेकिन इसे सत्यापित करने के लिए, हमें कई परीक्षण करने की आवश्यकता है। "

शोधकर्ताओं ने AddGene संसाधन पर आनुवंशिक रूप से संशोधित एंजाइम के बारे में जानकारी पोस्ट की है । इस जानकारी तक पहुंच मुफ़्त है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi398725/