Lesen und verstehen warum die Geimpften an der Einstichstelle alle magnetisch sind...???
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Übersetzung:
Gentechnisch hergestelltes 'Magneto'-Protein steuert das Gehirn und das Verhalten aus der Ferne
Die toroidale Magnetkammer (Tokamak) des Joint European Torus (JET) im Culham Science Center. Foto: AFP/Getty Images
Die toroidale Magnetkammer (Tokamak) des Joint European Torus (JET) im Culham Science Center. Foto: AFP/Getty Images
Die neue Methode „Badass“ nutzt ein magnetisiertes Protein, um Gehirnzellen schnell, reversibel und nicht-invasiv zu aktivieren
Mo Costandi
@ mocost
Do 24 Mär 2016 14.30 GMT
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Forscher in den Vereinigten Staaten haben eine neue Methode zur Steuerung der Gehirnschaltkreise entwickelt, die mit komplexem Tierverhalten verbunden sind, indem sie mit Gentechnik ein magnetisiertes Protein herstellen, das bestimmte Gruppen von Nervenzellen aus der Ferne aktiviert.
Zu verstehen, wie das Gehirn Verhalten erzeugt, ist eines der ultimativen Ziele der Neurowissenschaften – und eine ihrer schwierigsten Fragen. In den letzten Jahren haben Forscher eine Reihe von Methoden entwickelt, die es ihnen ermöglichen, bestimmte Gruppen von Neuronen aus der Ferne zu steuern und die Funktionsweise neuronaler Schaltkreise zu untersuchen.
Die leistungsstärkste davon ist eine Methode namens Optogenetik , die es Forschern ermöglicht, Populationen verwandter Neuronen im Millisekunden-für-Millisekunden-Zeitraum mit Laserlichtpulsen ein- oder auszuschalten. Eine andere kürzlich entwickelte Methode, Chemogenetik genannt , verwendet manipulierte Proteine, die durch Designer-Medikamente aktiviert werden und auf bestimmte Zelltypen ausgerichtet werden können.
Obwohl leistungsfähig, haben beide Methoden Nachteile. Die Optogenetik ist invasiv und erfordert das Einführen von Lichtwellenleitern, die die Lichtimpulse in das Gehirn liefern, und außerdem ist das Ausmaß, in dem das Licht das dichte Hirngewebe durchdringt, stark eingeschränkt. Chemogenetische Ansätze überwinden diese beiden Einschränkungen, induzieren jedoch typischerweise biochemische Reaktionen, die mehrere Sekunden brauchen, um Nervenzellen zu aktivieren.
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Die neue Technik entwickelte , in Ali Güler ‚s Labor an der Universität von Virginia in Charlottesville, und beschrieben in einer vorab Online - Publikation in der Zeitschrift Nature Neuroscience , ist nicht nur nicht-invasive, kann aber auch aktivieren Neuronen schnell und reversibel.
Mehrere frühere Studien haben gezeigt, dass Nervenzellproteine, die durch Hitze und mechanischen Druck aktiviert werden, gentechnisch so verändert werden können, dass sie für Radiowellen und Magnetfelder empfindlich werden , indem man sie an ein eisenspeicherndes Protein namens Ferritin oder an anorganische paramagnetische Partikel bindet . Diese Methoden stellen einen wichtigen Fortschritt dar – sie wurden beispielsweise bereits zur Regulierung des Blutzuckerspiegels bei Mäusen eingesetzt – beinhalten jedoch mehrere Komponenten, die separat zugeführt werden müssen.
Die neue Technik baut auf dieser früheren Arbeit auf und basiert auf einem Protein namens TRPV4, das sowohl auf Temperatur als auch auf Dehnungskräfte empfindlich ist . Diese Reize öffnen seine zentrale Pore, wodurch elektrischer Strom durch die Zellmembran fließen kann; Dies ruft Nervenimpulse hervor, die in das Rückenmark und dann zum Gehirn wandern.
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Güler und seine Kollegen argumentierten, dass magnetische Drehmoment- (oder Rotations-) Kräfte TRPV4 aktivieren könnten, indem sie seine zentrale Pore aufreißen, und so verwendeten sie Gentechnik, um das Protein mit der paramagnetischen Region von Ferritin zusammen mit kurzen DNA-Sequenzen, die den Zellen den Transport signalisieren, zu fusionieren Proteine an die Nervenzellmembran und schleusen sie dort ein.
In-vivo- Manipulation des Zebrafischverhaltens mit Magneto. Zebrafischlarven zeigen als Reaktion auf lokalisierte Magnetfelder ein Wickelverhalten. Von Wheeler et al. (2016).
Als sie dieses genetische Konstrukt in menschliche embryonale Nierenzellen einführten, die in Petrischalen wuchsen, synthetisierten die Zellen das Protein „Magneto“ und fügten es in ihre Membran ein. Das Anlegen eines Magnetfelds aktivierte das konstruierte TRPV1-Protein, wie durch vorübergehende Erhöhungen der Calciumionenkonzentration in den Zellen nachgewiesen wurde, die mit einem Fluoreszenzmikroskop nachgewiesen wurden.
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Als nächstes fügten die Forscher die Magneto-DNA-Sequenz in das Genom eines Virus ein, zusammen mit dem Gen, das für das grün fluoreszierende Protein kodiert, und regulatorischen DNA-Sequenzen, die dazu führen, dass das Konstrukt nur in bestimmten Neuronentypen exprimiert wird. Dann injizierten sie das Virus in die Gehirne von Mäusen, zielten auf den entorhinalen Kortex ab und sezierten die Gehirne der Tiere, um die Zellen zu identifizieren, die grüne Fluoreszenz emittiert haben. Mit Mikroelektroden zeigten sie dann, dass das Anlegen eines Magnetfelds an die Hirnschnitte Magneto aktiviert, sodass die Zellen Nervenimpulse erzeugen.
Um festzustellen, ob Magneto verwendet werden kann, um die neuronale Aktivität in lebenden Tieren zu manipulieren, injizierten sie Magneto in Zebrafischlarven und zielten auf Neuronen in Rumpf und Schwanz ab, die normalerweise eine Fluchtreaktion steuern. Dann platzierten sie die Zebrafischlarven in einem speziell gebauten magnetisierten Aquarium und stellten fest, dass die Exposition gegenüber einem Magnetfeld ähnliche Aufrollmanöver wie bei der Fluchtreaktion auslöste. (An diesem Experiment waren insgesamt neun Zebrafischlarven beteiligt, und nachfolgende Analysen zeigten, dass jede Larve etwa 5 Neuronen enthielt, die Magneto exprimieren.)
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In einem letzten Experiment injizierten die Forscher Magneto in das Striatum frei verhaltender Mäuse, eine tiefe Hirnstruktur mit Dopamin-produzierenden Neuronen, die an Belohnung und Motivation beteiligt sind, und legten die Tiere dann in einen Apparat, der in magnetisierte und nicht magnetisierte Abschnitte unterteilt war . Mäuse, die Magneto exprimierten, verbrachten viel mehr Zeit in den magnetisierten Bereichen als Mäuse, die dies nicht taten, da die Aktivierung des Proteins dazu führte, dass die striatalen Neuronen, die es exprimierten, Dopamin freisetzten, so dass die Mäuse es als lohnend empfanden, in diesen Bereichen zu sein. Dies zeigt, dass Magneto das Feuern von Neuronen tief im Gehirn fernsteuern und auch komplexe Verhaltensweisen steuern kann.
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Der Neurowissenschaftler Steve Ramirez von der Harvard University, der Optogenetik verwendet, um Erinnerungen im Gehirn von Mäusen zu manipulieren , sagt, die Studie sei „ badass “.
„Frühere Versuche [mit Magneten zur Kontrolle der neuronalen Aktivität] erforderten mehrere Komponenten, damit das System funktionierte – das Injizieren von Magnetpartikeln, das Injizieren eines Virus, das einen wärmeempfindlichen Kanal exprimiert, [oder] das Fixieren des Kopfes des Tieres, damit eine Spule Veränderungen herbeiführen konnte.“ im Magnetismus“, erklärt er. „Das Problem bei einem Mehrkomponentensystem ist, dass jedes einzelne Teil so viel Platz hat, um sich zu zersetzen.“
„Dieses System ist ein einzelnes, elegantes Virus, das überall in das Gehirn injiziert werden kann, was es technisch einfacher und weniger wahrscheinlich macht, dass beweglicher Schnickschnack zusammenbricht“, fügt er hinzu, „und ihre Verhaltensausrüstung wurde geschickt entwickelt, um Magnete zu enthalten.“ gegebenenfalls, damit sich die Tiere frei bewegen können.“
Die „Magnetogenetik“ ist daher eine wichtige Ergänzung des Werkzeugkastens der Neurowissenschaftler, die zweifellos weiterentwickelt wird und den Forschern neue Möglichkeiten bietet, die Entwicklung und Funktion des Gehirns zu untersuchen.
Referenz
Wheeler, MA, et al . (2016). Genetisch gezielte magnetische Steuerung des Nervensystems. Nat. Neurosci ., DOI: 10.1038/nn.4265 [ Abstract ]
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