Kontrolowanie ekspresji genów za pomocą myśli

Brzmi to jak scena z Gwiezdnych Wojen, w której Mistrz Yoda poleca Luke Skywalkerowi użycie siły umysłu, aby uwolnić swojego zepsutego X-Winga z bagna, jednakże osiągnięto to w rzeczywistości. Marc Folcher wraz z grupą innych naukowców pod przewodnictwem Martina Fussenegger’a – profesora biotechnologii i bioinżynierii z Wydziału Biosystemów (D-BSSE) w Bazylei opracowali metodę regulacji genów, która umożliwia specyficznym falom mózgowym kontrolowanie procesu konwersji genów w białka, czyli ich ekspresji.

Kontrolowanie ekspresji genów za pomocą myśli

Rys.1 Trening biofeedback

„Po raz pierwszy jesteśmy w stanie wykorzystać fale mózgowe, „przenieść” je bezprzewodowo do sieci genów i regulować ich ekspresję z wykorzystaniem myśli. Możliwość takiej kontroli jest marzeniem ludzkości od dziesiątek lat”, mówi Fussenegger.

Źródłem inspiracji dla nowego systemu regulacji genów kontrolowanych myślami była gra Mindflex, gdzie gracz nosi na głowie specjalną opaskę z czujnikiem, który rejestruje fale mózgowe. Elektroencefalogram (EEG) przenosi następnie dane do środowiska gry. EEG kontroluje wentylator, który umożliwia prowadzenie małej kulki przez tor przeszkód.

System, który bioinżynierowie z Bazylei zaprezentowali niedawno w czasopiśmie Nature Communications również korzysta z podobnego zestawu EEG. Zapisane fale mózgowe są analizowane i przesyłane bezprzewodowo za pośrednictwem Bluetooth do kontrolera, który z kolei steruje generatorem wytwarzającym pole elektromagnetyczne. Prąd indukcyjny przenoszony jest na implant.

Implant powoduje powstanie światła – zintegrowana dioda LED, która emituje światło w zakresie bliskiej podczerwieni włącza się i oświetla komorę hodowlaną zawierającą komórki zmodyfikowane genetycznie, które zaczynają wytwarzać pożądane białko.

System początkowo testowano w kulturach komórkowych oraz na myszach – kontrolowane przez myśli różnych badanych osób. Naukowcy wykorzystali do badań, łatwe do wykrycia, ludzkie białko SEAP, które dyfunduje z komory hodowlanej do krwioobiegu myszy.

W celu regulacji ilości uwolnionego białka, badani zostali podzieleni według trzech stanów umysłu: biofeedback, medytacji i koncentracji. Badani, którzy grali w Minecrafta na komputerze, tj. byli skoncentrowali, wywoływali wydzielanie średnich ilości SEAP do krwioobiegu myszy. W przypadku grupy osób zrelaksowanych (medytacja) naukowcy stwierdzili bardzo wysoką ilość białka u badanych zwierząt. Metoda feedback to system stosowany w psychologii i medycynie, w którym aktywność mózgu tłumaczona jest na np. dźwięk i gry wideo – każde uspokojenie powoduje zmianę dźwięku lub efektu wizualnego, co uczy wytwarzania pożądanych częstotliwości mózgu i wyciszania złych. Trzecia grupa badanych (biofeedback) obserwowała pochodzące z implantu światło LED na ciele myszy i mogli świadomie je „włączyć lub wyłączyć”. Zmierzono zróżnicowane ilości SEAP we krwi myszy.

„Kontrolowanie genów odbywa się w całkowicie nowy i wyjątkowy w swej prostocie sposób,” wyjaśnia Fussenegger. Światłoczuły moduł optogenetyczny reagujący na światło bliskiej podczerwieni jest niezwykle postępowy. Oświetlanie białka w komórkach ze zmodyfikowanym genem wyzwala kaskadę reakcji prowadzących do wytworzenia SEAP. Stosuje się bliską podczerwień, ponieważ generalnie nie jest szkodliwa dla ludzkich komórek, może przenikać w głąb tkanek i umożliwia wizualne kontrolowanie procesu.

System funkcjonuje sprawnie i skutecznie w kulturach komórek człowieka i układach człowiek-mysz. Fussenegger ma nadzieję, że implant sterowany myślami być może będzie kiedyś pomocny w zwalczaniu chorób neurologicznych takich jak przewlekłe bóle głowy, bóle pleców i epilepsja poprzez wykrywanie konkretnych fal mózgowych we wczesnym etapie oraz wyzwalanie i kontrolowanie tworzenia konkretnych substancji w implancie dokładnie w momencie, w którym jest to pożądane.

  1. Marc Folcher, Sabine Oesterle, Katharina Zwicky, Thushara Thekkottil, Julie Heymoz, Muriel Hohmann, Matthias Christen, Marie Daoud El-Baba, Peter Buchmann, Martin Fussenegger. Mind-controlled transgene expression by a wireless-powered optogenetic designer cell implant. Nature Communications, 2014; 5: 5392 DOI: 10.1038/ncomms6392
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141111111317.htm

Opracowała: Olga Polakowska

Korekta: Maciej Bielak-Wolanin

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*