Svjetlost u potkrovlju: kako optogenetika omogućuje transhumansko hakiranje mozga

Biologija je mnogo slična Legosu, jer, metaforički govoreći, sve je slično Legosu. Istina je da se naša tijela, naše naizgled kohezivne cjeline, zapravo sastoje od bezbrojnih malih dijelova i da je miješanje i usklađivanje funkcija mesnato, krvavo, i ne tako teško. Na primjer - i za dobivanje ovog logičnog voznog valjanja - možete proizvesti ugradnju neurona koji su sposobni generirati i reagirati na svjetlo, čime se uspostavlja potpuno novi sustav neurotransmitera koji ne ometa postojeće sustave, mozak na vrhu mozga.

To je ideja u srcu (ili glavi ili nečemu) novog polja optogenetike. Poput mnogih drugih alata u biologiji, optogenetika se temelji na biologiji drugog organizma koji je "pozajmljen". U ovom slučaju, to je protein nazvan kanalrodhodin-2 (ChR-2), a potječe od zelenih algi Chlamydomonas reinhardtii, Ispada da ima mnogo svjetlosno osjetljivih ionskih kanala poput ovog. Ideja je izgraditi nove biološke sustave temeljene na opeci od cigle po ChR-2.

Otkad je Karl Deisseroth osmislio neurone sisavaca koji su uzgajani u laboratoriju da bi 2005. godine izrazili ChR-2, mnogi su istraživači oponašali optogenetiku, koristeći ga kako bi utvrdili koji neuroni rade. Na primjer, jedna vrsta neurona - nazvana neokortikalni neuroni parvalbumina - modulira ritmove 40-ciklusa po sekundi u mozgu ("gama oscilacije"). Poznato je već neko vrijeme da su gama oscilacije abnormalne kod oboljelih od shizofrenih i autističnih bolesnika, tako da su u tijeku nove strategije za istraživanje i potencijalno ispravljanje tih stanica. To je posebno zanimljiva strategija. Čak i ako genetika pojedinca proizvede nenormalan rezultat u tim stanicama, ako znanstvenici mogu jednostavno nadjačati taj rezultat, onda te genetike ne bi bile važne.

U novije vrijeme, znanstvenici su također počeli eksperimentirati s idejom stvaranja optogenetskih mreža pomoću bioluminiscentnih stanica. Posebno, fokus je na vrsti bioluminiscencije koju je otkrio Osamu Shimomura 1962. godine, koja je iz meduza Aequorea victoria i reagira na svjetlo (Shimomura je dobio Nobelovu nagradu za svoje istraživanje). Stanice koje stvaraju svjetlo i stanice osjetljive na svjetlo su - kako bi ponovile metaforu - poput dvostrukih strana Legoa.

Potičući interakcije između ove dvije vrste stanica, znanstvenici bi mogli postići neviđenu razinu neuronske preciznosti. Također će moći dobiti optogenetske stanice da reagiraju na svjetlo bez lijepljenja svjetiljke na glavu miša, što je cool - posebno za miša.

Ali što je s aplikacijama? Jedna od mogućnosti je da se stanice koje reagiraju na svjetlo generiraju. Dakle, kada su u funkciji biološke funkcije - kažu da proizvode leptin ili grelin, i stoga reguliraju apetit - oni bi također zasvijetlili i aktivirali sustav. Na taj način znanstvenici bi mogli povratiti količinu proizvedenog grelina kako bi ljudi postajali manje gladni. Ili bi mogli podesiti količinu oslobođenog inzulina kao odgovor na znakove šećera u krvi. Ili bi mogli poplaviti zonu adrenalinom kada se subjekti umore.

Alternativno, moguće je hakirati postojeće sustave. Primjerice, optogenetički inženjerskim inhibitornim neuronima u amigdali da reagiraju na svjetlo i aktiviranjem neurona u amigdali kako bi proizveli svjetlo, istraživači bi mogli preurediti neurone inhibitorima ljudi da preplave osjećaj stresa ili tjeskobe. Nema više tjeskobe. (To bi moglo dovesti do skoka nezaposlenosti dok ljudi odlutaju kako bi slijedili svoju radost.)

Mogli bismo i dalje biti ljubazniji: možda bismo mogli osmisliti sustav u kojem svaki neuron u mreži izražava vlastitu boju, a optogenetske stanice zahtijevaju aktivaciju svakog kanala kako bi se njihov učinak ostvario. Dakle, umjesto pojedinačnog okidanja neurona, potrebno je aktivirati cijelu memoriju kako bi sustav funkcionirao. Možda se loši učinci određenih sjećanja mogu ublažiti. Ili se sve može učiniti da se odgovori na lijek tako da ga korisnik može uključiti ili isključiti.

U svakom slučaju, još uvijek postoje ozbiljne znanstvene i regulatorne prepreke prije nego što ova znanstveno-fantastična rewiring započne ozbiljno. Da bi stavili stvari u perspektivu, FDA tek treba odobriti bilo kakve postupke genske terapije, au Europi je odobren samo jedan postupak. Ovo je daleko.

Ali dolazi.

Istraživači nisu izgubili na umu da optogenetske stanice također mogu raditi s hardverom - da ne možemo samo hakirati naše sustave koristeći te nove tehnologije, već se uključiti u veći sustav. Biologija je kao Legos, ali je manje nalik na Legos nego što bi mogao biti. Očekujte da će se to promijeniti.