Создание неинвазивного метода визуализации экспрессии генов

Пока гулял на море, подумал о разных прикладных значениях в нашей области - исследовании магниторецепции. Вообще часто приходит на ум идея о том, а как визуализировать экспрессию генов в мозге или иных тканях у животных, не убивая их, что приходится часто делать (и убивать не хочется, да и хочется видеть динамику экспрессии генов у одного и того же животного, а убить можно только один раз). Намагниченные материалы можно обнаружить глубоко в тканях. Ну и тут приходит незамысловатая идея - использовать намагничиваемый материал как proxy и медиатор, показывающий степень экспрессии того или иного гена.

В прошлом году я уже писал про работу в MIT, где люди развивают стимуляцию нейронов через намагниченные частички.

Вырисовывается следующая схема. Если мы найдем и опишем у животных, желательно позвоночных, магниторецептор и гены, управляющие биосинтезом намагничиваемых структур, то можно внедрить эти гены в некий модельный организм и вкл или выключать синтез намагниченных частичек в нейронах или иных клеток в зависимости от синтеза таргетных iRNA или белков. Допустим нас интересует экспрессия одного из IEGs генов (генов раннего реагирования - регуляторные протеины, экспрессирующиеся во многих нейронах в ответ на их возбуждение, т.е. по сути маркеры нейронной активности). Тот же c-fos или ZENK. Мы можем себе представить конструкт - регуляторный белок, введеный в клетку на эмбриональном этапе - который присоединяет iRNA нужного гена и только тогда способен снимать блок с регуляторного участка гена (ов), ответственных за биосинтез магнетита. Тогда в тех нейронах, где много ZENK (т.е. активных нейронах) будет происходить биосинтез магнетита, и уже инженерная задача будет заключаться в том, чтобы по остаточной намагниченности или через магнитотермической стимуляцией (см. статья по ссылке) визуализировать эти клетки. Знаю, что коллеги уже ведут в Вене работу по созданию искусственных намагниченных частичек, прикрепленных к нейронной мембране и позволяющие вкл и выключать нужные нейроны за счет магнитных полей. Вообще, на эту тему многие думают. И конечно есть целый комплекс задач, все из которых нужно решить и потом решения объеденить:

- нахождение и понимание комплекса генов, ответственных за биосинтез магнетита
- создание генетического конструкта, который регулирует работу этих генов в зависимости от таргетных метаболитов (конкретных мРНК как пример, но может быть любое вещество в теории)
- доставка этого комплекса в клетки - все или выборочные
- визуализация с достаточной точностью концентрации намагниченных частичек
- решение возможных проблем, вызванных такими изменениями генома и самими частичками

Глядя на всё это, понимаешь еще больше, как важно в ближайшем будущем найти и описать конкретные магниторецепторы у животных, т.к. это может быть ключ к пониманию биосинтеза намагниченных частичек. Можно конечно взять гены магнитотактических бактерий и от них плясать, но возможно эти гены работают специфично в бактериальной прокариотической клетке, а у эукариот всё иначе.

Но вообще подобный или принципиальной иной способ неинвазивной визуализации экспрессии нужных генов очень возможно будет революцией в фундаментальной и прикладной науке. Представьте мир, в котором вам можно у конкретного индивида видеть time series экспрессии конкретного гена - видеть зарождение и развитие болезни (н-р экспрессия амилоидного белка, связанного с Альцгейрером), видеть как происходят процессы во всех клетках мозга, не убивая животное и не производя сложного и долгого анализа экспрессии генов разными инммуногистохимическими методами, когда на каждый time point нужно убить и обработать целую группу животных, что занимает месяцы и годы.