Styrer ormen med lys

Med strålene fra en vanlig videorprosjektør blir en rundorm programmert til å sno seg i trekanter eller vrikke på halen. Genmodifiserte nerveceller kan styres med lys.

Publisert

Metoden kalles optogenetikk. Forskerne fra Georgia Tech er ikke alene om å gjøre slike eksperimenter, men de har klart å styre rundormen på en mye enklere og billigere måte, med en helt vanlig videoprosjektør.

- Vi håper dette vil gjøre det mulig for flere forskere å ta i bruk metoden, sier professor Hang Lu i en pressemelding.

Nervecellene har fått et gen som blant annet kan komme fra lysfølsomme proteiner i alger. De samme proteinene finnes i netthinnen i øyet vårt. Algene orienterer seg mot sollyset fordi de bruker fotosyntesen til å skaffe seg næring, som planter.

Styrer utvalgte nerveceller

Forskerne fra Georgia Tech følger ormen med videokamera gjennom mikroskopet. Så sender de lysmønstre tilbake ned gjennom mikroskopet slik at de treffer ormen uansett hvordan den beveger seg.

Ved å sende forskjellige farger mot lysfølsomme nerveceller i halen eller hodet, kan de styre hvordan musklene trekker seg sammen. Ormen vrikker seg i takt med lyspulsene.

Gjennomforsket rundorm

Rundormen i forsøket, Caenorhabditis elegans, har vært brukt til optogenetiske eksperimenter tidligere. Den er nemlig et velprøvet laboratoriedyr. Hver eneste celle fra hode til hale er gransket langt inn i genene.

Denne rundormen var nemlig den første flercellede organisme som fikk genomet - arvestoffet sitt - kartlagt i 2002. Og ikke mindre en tre Nobelpriser har den beskjedne lille ormen hjulpet forskere til å få, innen medisin og kjemi.

Teamet bak den nye og rimeligere metoden for optogenetisk styring ved Georgia Tech. Fra venstre: Jeffrey Stirman, førsteamanuensis Hang Lu og Matthew Crane. (Foto: Gary Meek)
Teamet bak den nye og rimeligere metoden for optogenetisk styring ved Georgia Tech. Fra venstre: Jeffrey Stirman, førsteamanuensis Hang Lu og Matthew Crane. (Foto: Gary Meek)

Det er derfor ikke underlig at Caenorhabditis elegans igjen har kommet i forskernes optogenetiske søkelys. Som en slags omvendt Sankt Hansorm danser den etter lyspulsene under mikroskopet.


Knekker hjernekoden

Det er nettopp denne raske responsen fra nervecellene som gjør optogenetikk så forlokkende. Forskerne kan velge ut hvilke nerveceller de vil gjøre lysfølsomme og kontrollere, og på den måten ta lynraskt styre hvordan impulsene forplanter seg.

Den østerriske forskeren Gero Miesenböck er en av pionerene på området. Han har funnet fram til celler i de ørsmå hjernene til bananfluer og programmert dem til å reagere på spesielle lukter.

I et foredrag i forumet TED sammenligner han hjerneimpulsene med en ekstremt komplisert kode.

- Først ved å kunne manipulere og flytte på symbolene, kan koden knekkes, sier Miesenböck i foredraget.

Og nettopp ved å ta over styringen av nerveceller, kan forskerne manipulere symbolene i hjernen.

Årets metode 2010

Andre forsøk har stimulert hjernene til mus med Parkinson, slik at de beveger seg normalt, eller lyspulsene har fått dem til å forvente en belønning de aldri tidligere har mottatt, skriver tidsskriftet Nature Methods.

Tidsskriftet har kåret optogenetikk til årets metode for 2010, og har utgitt et temanummer om dette feltet, som er i rask utvikling.

Referanse/lenker:

Jeffrey N Stirman et.al: Real-time multimodal optical control of neurons and muscles in freely behaving Caenorhabditis elegans, Nature Methods, 16.1.2011, doi:10.1038/nmeth.1555

Nyhetsmelding fra Georgia Tech

Om optoelektronikk på nettsidene til Nature Methods

Foredrag om optoelektronikk av Gero Miesenböck på nettstedet TED