Детекторы движения в мозге дрозофилы

Так выглядит нейрональная сеть управления полетом мухи. Фото Physorg

Более века биологи рассматривали под микроскопом мертвые клетки, не имея возможности окрасить их в живом состоянии. Технологическая революция, свершившаяся в последние два-три года на наших глазах, дает возможность увидеть светящиеся живые и активные клетки. А это позволяет говорить о значительно более высоком уровне исследований и понимании биологии.

Ученым вот уже полвека было известно, что информационная РНК (иРНК) выходит из ядра клетки в цитоплазму. Там, по команде иРНК, синтезируется белок. Но только сегодня исследователи смогли увидеть красное свечение иРНК, которое затем «маскируется» голубым свечением нарастающей массы протеина. Результаты этой работы приведены в журнале Science.

Жизнь невозможна без энергетического обмена, главенствующую роль в котором играет АТФ – главная энерговалюта клетки. Как и за всякий энергоресурс, в организме идет ожесточенная борьба за АТФ, особенно ярко проявляющая себя в интерфейсе клетка-микроб. Ферменты, участвующие в выработке АТФ, содержат железо, придающее эритроцитам их характерный цвет. Железо в плазме крови переносится белком трансферрином, который соединяется со своим протеиновым рецептором в мембране клеток. Ионы железа, перенесенные через клеточную оболочку, удерживаются в комплексе с еще одним белком под названием «ферритин», отвечающим за внутриклеточное хранение железа.

Сотрудники Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге разобрались в функции протеинового комплекса IRP/IRE, представляющего собой белки, «отвечающие» на присутствие ионов железа (Iron Regulatory Protein и Iron Responsive Element). В норме эти два протеина удерживают определенный лимит присутствия железа в клетке, не давая накапливать его в излишних количествах. Дело в том, что избыток железа привлекает микробы, которые тоже нуждаются в ионах металла для своего роста и размножения.

Выключение генов, отвечающих за синтез протеинового комплекса, привело к тому, что макрофаги – клетки антимикробной защиты – начали накапливать большие количества ферритина, а мыши – гибнуть в присутствии микробов, как пишет журнал Cell Host & Microbe. При этом иммунные клетки, светившиеся поначалу красным за счет специфического маркера, зеленеют благодаря зеленому ферритину.

Все знают, что бабочки и моли, а также другие насекомые летят на свет лампы, обжигая себе при этом крылья. Два года назад сотрудники Института нейробиологии в немецком Мартинсриде сделали интересное открытие, выделив с помощью светящихся (флюоресцентных) белков две группы элементарных детекторов движения в мозге дрозофилы. Среди авторов этой работы, опубликованной в Nature, можно видеть имя Дмитрия Чкловского (Chklovskii).

Суть метода заключалась в том, что указанные белки начинали ярко «зажигать» при возрастании количества ионов кальция, свидетельствующем о возбуждении нейронов, управляющих полетом. Клетки первой группы возбуждались при переходе от тьмы к свету, а второй – при определении границы освещенности. При этом каждая из групп содержит нейроны, активность которых включалась в ответ на горизонтальные и вертикальные перемещения мух (direction selective groups – селективные направления).

Недавно журнал Cell опубликовал статью той же команды ученых, которая вслед за клетками выделила и специфическую сеть селективного движения мух. Особенностью ее функционирования оказалось то, что она, как ни странно, не увеличивает избирательность возбуждения нейронов, а – за счет устранения неспецифических сигналов – резко снижает уровень шума. Это и способствует более адекватной обработке сложной и весьма разноречивой информации в зрительной системе.

Авторы надеются, что их данные при изучении довольно простой системы пространственной зрительной ориентации мухи и управления ее полетом из тьмы к свету окажутся полезными при конструировании систем ориентации и полетного контроля современных технических систем.