Біологи вбудували ген світлочутливого білка MCO1 в нейрони сітківки сліпих мишей і відновили їх зір. Для цього вони упакували ген у вірусну частинку і ін'єкували в очі мишам з пігментним ретинітом. Новий білок не викликав запальної відповіді і, на відміну від попередників, реагує на денне світло, а миші навчилися проходити тести з візуальними підказками. Дослідження опубліковано в журналі.
У процесі сприйняття зорової інформації світлові промені фокусуються на сітківці ока, в якій знаходяться фоторецептори: ковбочки і палички. Вони містять світлочутливі білки опсини, які реагують на потік фотонів і призводять до генерації нервового імпульсу в рецепторах. Цей імпульс передається на біполярні нейрони сітківки, а після сітківки йде в мозок.
Однак так добре сітківка працює не у всіх: у людей, хворих на пігментний ретиніт (а їх близько півтора мільйона), палички і колбочки перестають сприймати світло через мутації в генах світлочутливих опсинів. Це спадкове захворювання призводить до сильного погіршення зору, а часто - до повної сліпоти.
Ліки від пігментного ретиніту зараз застосовують тільки щоб зберегти функцію ще працюючих рецепторів: наприклад, вітамін А. Для відновлення зору зараз доступні дорогі операції з пересадки сітківки і встановлення протезів. Але нещодавно для лікування ретинопатії почали застосовувати методи оптогенетики: в обхід фоторецепторів вчені вбудували світлочутливі білки прямо в нейрони сітківки, після чого вони почали реагувати на світло. Однак досі генномодифіковані клітини реагували тільки на сильний сигнал: це вимагає спеціальних пристроїв для посилення денного світла.
Дослідники з компанії Nanoscope Technologies під керівництвом Самохендри Моханті (Samarendra Mohanty) впровадили в біполярні нейрони білок, який реагує на денне світло. Спочатку вчені створили фрагмент ДНК з генами мультихарактерного опсину 1 (MCO1) і червоного флуоресцентного білка, щоб опсин підсвічувався в клітинах. Цей фрагмент упакували у вірусний вектор - частинку, яка втратила свої патогенні властивості і використовується для доставки і вбудови генетичних конструкцій.
Вірусний вектор ін'єкували всередину ока кожної миші, після чого фрагмент ДНК з двох генів вбудовувався в біполярні нейрони сітківки, і там синтезувався MCO1 зі світлим довіськом. За допомогою мікроскопії вчені визначали в клітинах рівень світіння і кількість білка. Виявилося, що гени досягали піку роботи на четвертому тижні, після чого зберігали стабільний рівень.
Щоб перевірити зір мишей після вбудови, вчені давали їм завдання зі світловим лабіринтом: у водному басейні в темряві миші повинні були знайти суху платформу, яка підсвічувалася. Тест показав, що миші дійсно починають бачити платформу вже через 4-8 тижнів після ін'єкцій (p < 0,05).
Також дослідники підтвердили, що рівень факторів запалення через чотири тижні після ін'єкції залишався таким же, як і до неї. Аналіз органів мишей показав або повну відсутність, або слідові кількості векторної ДНК поза очима мишей, а в очах флуоресуючий білок локалізувався саме в біполярних нейронах.
Можливо, результати генної терапії сітківки мишей після клінічних випробувань можна буде адаптувати і для людини. Тоді для лікування сліпоти не будуть потрібні ні дорогі операції, ні девайси для посилення сигналу - а тільки одна або кілька ін'єкцій.
Оптогенетика використовується не тільки для терапії: за допомогою цього методу можна навіть доставляти інформацію в мозок. Нещодавно, наприклад, американським вченим вдалося внести інформацію про пісні в мозок молодих зебрових амадин.