Para ilmuwan pertama kali menyusun model 3D otak Drosophila

Black-bellied Drosophila (sumber: geo.ru) Para ilmuwan telah

mempelajari sistem saraf manusia dan hewan selama ratusan tahun. Tentu saja, selama masa ini, seseorang mulai lebih memahami prinsip operasi sel-sel saraf individual dan seluruh sistem yang dikandungnya. Namun untuk pemahaman penuh masih jauh.

Studi ini dilakukan berdasarkan prinsip "dari yang sederhana ke rumit": jika tidak mungkin untuk segera memahami bagaimana otak manusia bekerja, misalnya, maka para spesialis sedang mempelajari otak makhluk yang lebih sederhana. Para ilmuwan dari Universitas Tokai telah memilih otak Drosophila sebagai objek untuk dipelajari.

Otak serangga sekecil Drosophila adalah sistem yang sangat kompleks. Untuk membangun model organ tiga dimensi ini, para ilmuwan membutuhkan waktu lama. Sekarang para ahli bekerja dengan sejumlah teknik yang memungkinkan mempelajari struktur otak tanpa masalah. Sebagai contoh, para ilmuwan menggunakan zat-zat fluoresen yang menyoroti neuron individu. Mikroskop elektron juga membantu dalam studi otak, menunjukkan strukturnya pada tingkat saraf.

Setelah neuron individu "dipetakan", gambar yang dihasilkan dianalisis untuk menyusun sistem tunggal. Pemetaan koneksi antara neuron dan kompilasi model otak adalah tujuan akhir dari pekerjaan tersebut. Semua ini diperlukan untuk memahami bagaimana segala sesuatu terhubung dengan segala sesuatu, dan bagaimana semuanya bekerja.



Model komputer 3D dari otak menunjukkan banyak koneksi saraf. Sebuah tim ilmuwan dari Universitas Tokai, yang dipimpin oleh Ryuta Mizutnani, telah mengembangkan metode baru untuk menyusun peta volumetrik otak. Untuk ini, zat khusus digunakan, molekul individu yang melekat pada neuron otak. Selanjutnya, para ilmuwan membuat "peta kerangka" molekul dengan menyinari otak dengan sinar-X. Menggunakan metode mereka, para ilmuwan dapat menyusun peta volumetrik rinci dari jaringan neuron otak serangga.

Dalam biokimia, metode khusus digunakan untuk membuat model 3D dari zat organik kompleks. Sinar-X digunakan untuk membuat "peta kerangka" dari molekul senyawa. Jika memungkinkan, gabungan bunga untuk spesialis mengkristal. Dan kemudian kristalografi sinar-X (analisis difraksi sinar-X) digunakan. Ini adalah penggunaan sinar-X untuk mengungkapkan struktur molekul kristal. Metode ini didasarkan pada fenomena difraksi sinar-x - hamburan sinar-x oleh struktur atom kristal.

Metode ini tidak buruk, tetapi jika struktur zatnya sangat kompleks, dibutuhkan banyak waktu untuk menyusun model 3D dari molekul zat tersebut. Beberapa dekade terakhir, para ilmuwan telah dibantu oleh komputer yang menganalisis data yang diperoleh selama studi suatu zat. Sistem komputer membantu mengevaluasi posisi atom dalam ruang tiga dimensi, kemudian mempelajari hubungannya dengan atom lain, lalu atom lain, dan seterusnya. Perangkat lunak ini secara bertahap membangun model bahan yang dipelajari.

Mizutani memutuskan untuk menggunakan metode dan perangkat lunak ini untuk menentukan lokasi dan bentuk neuron otak Drosophila. Ada beberapa kesulitan di sini, salah satunya adalah bahwa neuron bukanlah atom sama sekali. Ini adalah objek kompleks yang dapat dipasarkan terkait satu sama lain dengan cara yang paling tidak biasa.

Untuk membangun peta otak, para ilmuwan menggunakan metode yang disebut x-ray tomography. Ini adalah metode studi lapis demi lapis tentang struktur benda tidak homogen dalam radiasi sinar-x, berdasarkan pada ketergantungan koefisien absorpsi linier dalam rentang sinar-x pada komposisi dan kepadatan bahan. Para ilmuwan menghamili otak lalat buah dengan cat perak, dan kemudian diterangi dengan radiasi sinar-x. Sistem khusus membantu mengevaluasi defleksi sinar-x. Dan ini, pada gilirannya, memungkinkan untuk membuat peta tiga dimensi molekul pewarna yang diserap oleh neuron.

Setelah itu, para ilmuwan melanjutkan ke tahap kerja berikutnya, menggunakan data ini untuk menilai lokasi dan bentuk neuron otak. Dalam proses pembuatan peta otak Drosophila, perangkat lunak khusus digunakan. Itu memungkinkan untuk memverifikasi bahwa sistem tidak menganggap dua neuron yang berdekatan sebagai satu, misalnya. Perangkat lunak ini secara bertahap menyusun peta otak lalat, mencari data abnormal dan memeriksa kesalahan. Hasil perangkat lunak diperiksa oleh operator manusia. Jika ada sesuatu yang salah, orang itu memperbaiki masalahnya. Model

akhir menunjukkan100.000 neuron. Sistem melacak 15.000 tautan di antara mereka. Pembuatan peta, menurut para ilmuwan, memakan waktu sekitar 1.700 jam kerja. Tetapi hasilnya sepadan dengan semua usaha dan waktu. Model 3D otak Drosophila adalah yang pertama di dunia. Dengan bantuannya, dimungkinkan untuk mengidentifikasi formasi yang sudah dikenal di otak serangga, serta menemukan struktur yang tidak diketahui oleh para ilmuwan.

Pekerjaan orang Jepang sangat penting untuk studi lebih lanjut tentang sistem saraf hewan dan manusia. Seiring waktu, para ilmuwan berharap dapat membuat peta otak organisme yang lebih kompleks.

Drosophila, karena sejumlah fitur-fiturnya, adalah objek yang populer untuk dipelajari. Setahun sebelumnya, tim ilmuwan dari Howard Hughes Medical Institute di Amerika Serikat menyajikan video yang menarik, yang dengan jelas menunjukkan aktivitas gugup larva lalat buah Drosophila.



Para ilmuwan mempelajari sistem saraf larva sambil bergerak maju dan mundur. Video ini menunjukkan transmisi sinyal dari tubuh bagian atas larva ke bagian bawah dan sebaliknya. Menurut para ahli, model ini sangat detail. Itu diciptakan berkat penggunaan metode baru untuk merekam aktivitas saraf tubuh.



Untuk membuat semua ini mungkin, Philipp Keller ( Philipp Keller ) dan Misha Ahrens ( Misha Ahrens ) lalat buah yang dimodifikasi secara genetik. Modifikasi adalah untuk membuat setiap neuron dari sistem saraf organisme ini berfluoresensi ketika menerima atau mentransmisikan sinyal. Saat bergerak, sistem optik digunakan, yang memungkinkan larva lalat dipindahkan secara bersamaan dari dua sisi.

Karya ilmiah "Jaringan tiga dimensi belahan otak Drosophila" diterbitkan pada 8 September 2016 (DOI: 10.1016 / j.jsb.2013.08.08.012).

Source: https://habr.com/ru/post/id397693/