Нейробиологи опробовали на оголодавшей нематоде «генный» метод картирования мозга

Они решили понаблюдать за тем, как меняются электрические соединения между нейронами по тому, как меняется экспрессия генов в них. Коннектом нематоды, то есть полное описание структуры связей между нейронами, был построен в 1987 году. Теперь же нейробиологи картировали все электрические соединения между нейронами нематоды C. elegans, изучив то, как они меняются при помещении этого модельного организма в неблагоприятные условия.

Схема физических связей (коннектома) между нервными клетками нематоды
© Mentatseb / Wikimedia

Чтобы понять работу нервной системы, ученые часто работают с максимально простыми организмами. Круглый червь, нематода C. elegans является очень популярным объектом изучения из-за своей нервной системы со всего 302 нейронами. Коннектом этого червя давно построен: известно и количество клеток, и то, как они физически связаны друг с другом, и какие подтипы нейронов можно выделить. Но в некоторых условиях электрические связи между нейронами у нематод меняются.

Ученые из Университета Колумбии в США опубликовали на страницах  Cell статью, в которой сравнили электрические связи в нервной системе нематод в обычном состоянии и в фазе так называемой дауэровской личинки. Часто поводом для перехода в эту фазу служит недостаток пищи, а поведение червей заметно меняется, поэтому исследователи поставили целью проследить и за тем, как при этом меняется взаимодействие нервных клеток, и как изменяется активность экспрессии их генов.

Обычно клетка не использует весь доступный ей набор генов, а ограничивается теми, которые нужны в той или иной ситуации. Нервным клеткам, например, ни при каких обстоятельствах не нужно отращивать сократительный аппарат, свойственный мышечной ткани, или синтезировать специфические для клеток печени ферменты, хотя ДНК нейрона не отличается от ДНК клеток всех остальных тканей. Паттерны экспрессии позволяют понять, чем именно клетки отличаются и между собой, и в разных ситуациях; современные методы позволяют просканировать активность генома и связать ее, например, с упомянутыми выше типами нейронов у нематоды.

В результате выяснилось, что коннектом, то есть набор физических контактов между нейронами, у нематоды при переходе в дауэровскую фазу не поменялся.

Электрические же связи между нейронами стали иными, и установить это удалось не непосредственной регистрацией электрической активности клеток, а наблюдением за экспрессией генов.

Так как для формирования электрического контакта необходимы особые белки, а эти белки, в свою очередь, кодируются определенными генами, анализ паттернов экспрессии позволил впервые увидеть общую картину электрических связей между нейронами на уровне всего организма.

Ученые подчеркивают, что синапсы бывают двух типов — химические и электрические. Первые передают «классические нервные импульсы», вторые  же составляют отдельную систему связей в нервной системе, и пока что изучать такие связи весьма затруднительно даже у крошечных (1 мм в длину) нематод. Использование для картирования не электродов, а анализа паттерна экспрессии является, по словам авторов новой работы, перспективным методом нейробиологического исследования.

Вопреки расхожему заблуждению, нервные импульсы не являются импульсами тока: нервный импульс — это волна открывания и закрывания каналов на клеточной мембране. Когда каналы, настроенные на пропускание определенных ионов, открываются, то ионы начинают проходить через мембрану и клетка в этом месте утрачивает свой электрический заряд относительно межклеточной среды, а затем ненадолго даже приобретает противоположный исходному заряд. Это скорее химико-биоэлектрический и довольно медленный процесс, нежели распространение электромагнитного импульса.

Конечно, нематода представляет собой очень маленький организм, но есть основания считать, что и более сложные животные могут использовать схожие принципы организации нервных клеток в единые системы.

Источник: chrdk.ru