Память человека и позвоночных животных до сих пор остается одной из главных загадок нейробиологии.
Несмотря на многочисленные исследования, однозначного ответа на вопрос «где в мозгу хранится запоминающаяся информацияЭ» не существует. до сих пор не найден.
Наш проект также призван пролить свет на этот вопрос: изучение молекулярно-биологических механизмов долговременной памяти с помощью рыбки данио (Danio Rerio), широко известной в английском языке как «zebrafish».
Это популярная лабораторная рыба, являющаяся стандартным модельным организмом в исследованиях эмбриологии, стволовых клеток и т. д. Геном рыбки данио секвенирован, что упрощает его генетическую модификацию.
Вставка о моделях организмов Поскольку основным мотиватором биологических исследований является медицина, можно сказать, что «главным» видом является единственный вид HomoSapiens, а все остальные — «модели», на которых можно проводить эксперименты.
Поэтому такие организмы называют модельными.
Их диапазон чрезвычайно широк: от бактерий до шимпанзе.
Стандартные модельные организмы включают E. Coli, хлебные дрожжи, нематоду C. Elegans, мушку-дрозофилу, рыбку данио, лягушку, аксолотля, мышь и крысу, курицу, 2 вида макак и шимпанзе.
Каждый организм хорош для определенных типов экспериментов: например, бактерии быстро эволюционируют, поколения могут сменяться за считанные минуты, аксолотля используют для экспериментов по регенерации, а высших приматов используют для изучения когнитивных способностей, возникновения речи, интеллекта и т. д. Многие модельные организмы имеют чистые линии, выведенные путем инбридинга.
Такие организмы называются линейными; любые 2 особи одной линии имеют практически одинаковые геномы.
Наш герой - данио , популярная аквариумная рыбка из семейства Cyprinidae, также известная как brachydanio rerio или рыбка данио.
В дикой природе эта рыба обитает в бассейне Ганга на территории Индии и соседних стран.
Данио может вырастать до 6-7 сантиметров, довольно неприхотлив в аквариумном содержании и легко размножается.
Эмбриогенез рыбок данио длится 48 часов, после чего образуется личинка; рыба достигает половой зрелости в 3 месяца.
Известно более 10 лабораторных линий данио.
геном расшифровано, рыба имеет 25 хромосом.
Мозг рыбы достаточно сложен, чтобы быть способным к обучению и обладать памятью.
Так, например, она может научиться проходить несложные лабиринты, доплывать за едой до определенного места по звуку колокольчика и некоторым другим несложным «хитростям».
С другой стороны, рыба – это рыба, т. е.
водное животное с внешним оплодотворением, что значительно облегчает ее генетическую трансформацию и выращивание.
Действительно, нет необходимости изолировать яйцеклетки, оплодотворять их in vitro, а затем имплантировать модифицированную зиготу в матку, как это происходит у млекопитающих.
Рисунок 1. Даниорерио обыкновенный («дикий»), вверху и его мальки, внизу.
Следующее важное качество рыбы – ее тело способно пропускать свет. У «диких» форм данио (рис.
1) прозрачны только мальки, но существует особая порода, называемая Каспер, не имеющая пигментов (рис.
2).
Рисунок 2. Рыбка данио Каспер
Касперы почти прозрачны даже во взрослом возрасте, что позволяет заглянуть внутрь них неинвазивно, то есть изучить, что происходит внутри них, с помощью обычной камеры и без хирургического вмешательства, во время их обычной жизнедеятельности.
В эксперименте мы будем использовать технологию светящегося белка, которая будет освещать интересующие нас процессы в рыбе, подробнее об этом ниже.
Вот почему мы выбрали рыбок данио для нейробиологического проекта под названием «Проект Рыбка» ( http://rybka.org.ua ).
Наш проект направлен на изучение механизмов долговременной памяти, ее консолидации (перехода кратковременной памяти в долговременную), а также синаптической пластичности (см.
ссылку).
По данным литературы [1-4], в процессе формирования памяти участвуют несколько десятков белков.
Наша задача — изучить активность некоторых из них в реальных условиях, динамику их синтеза во времени и пространстве (распределение по областям и фрагментам мозга).
Для этой цели мы собираемся использовать такие генетические модификации (трансфекции) рыб, при которых участок ДНК, кодирующий GFP (green fluorescenttprotein, green fluorescent protein), соединяется с промотором интересующего нас гена (который кодирует желаемый белок).
Таким образом, мы делаем так, что экспрессия нашего целевого гена влечет за собой еще и синтез флуоресцентного белка, который светится при освещении ультрафиолетом.
Это делает видимыми мозговые процессы, происходящие при участии этого гена.
Этот метод стал достаточно популярным в последние десятилетия, в том числе в экспериментах с рыбами [5].
Близкий к нашему эксперимент, который описан здесь, также основан на технологии светящихся белков ( http://habrahabr.ru/sandbox/57219/ ).
Рисунок 3. Zif268 связывается с ДНК.
Например, рассмотрим один из «белков памяти», фигурирующих в нашем проекте.
Он называется zif268 (рис.
3) и является металлопротеином, т.к.
«готовая» молекула белка включает в себя два атома цинка.
Кроме того, он является фактором транскрипции и способен взаимодействовать с ДНК.
Как только трансгенные рыбы будут выращены, наша цель — наблюдать за ними с помощью камер высокого разрешения, которые позволят нам детально рассмотреть их мозг, записывая интенсивность зеленого белка в различных его частях.
При этом рыбы будут решать различные задачи обучения и запоминания, такие как прохождение несложных лабиринтов, выработка условного поведения (например, плавание за едой на колокольчике), освоение незнакомой среды и т. д. Мы сможем увидеть, в каких частях и структурах мозга формируется тот или иной белок, отследить динамику его появления в зависимости от сеанса обучения, связь различных белков с типом образов в памяти и многое другое интересное.
факты.
Мы надеемся, что такие эксперименты позволят нам приблизиться к раскрытию секретов памяти, понять механизмы долговременного хранения информации в мозге, а также дадут ключ к разработке более реалистичных моделей биологических нейросистем.
Помимо основной цели проекта, возможно получение и других сопутствующих результатов: от изучения экспрессии других групп белков у позвоночных животных до «производства» различных вариаций светящихся рыбок для аквариумов.
На данный момент проект находится на начальной стадии, проводится теоретический анализ, разработка протоколов трансфекции (генетической модификации), методов регистрации и анализа данных.
Планируется закупить рыбу, оборудование и реагенты.
Также ведется поиск средств для проекта, поскольку на данный момент он не имеет никакой финансовой поддержки.
Можно подать заявку на грант или краудфандинг.
Иметь успешный опыт краудфандинга для проекта.
«Я маленькая мышка и хочу жить дольше!» , многие люди из команды которых также участвуют в Проекте Рыбка.
Мы планируем публиковать новости о развитии проекта и результатах исследований по мере их появления.
Комментарии и предложения от всех заинтересованных лиц приветствуются.
Литература
- Гарсиа-Оста А.
и Альберини К.
М.
(2009)Бета-амилоид опосредует формирование памяти.
Обучение и память.
16:267-272.
- Альберини К.
М.
(2009) Факторы транскрипции в долговременной памяти и синаптической пластичности.
Физиол Откр.
89:121-45.
- Чен Д.
Ю.
, Стерн С.
А.
, Гарсиа-Оста А.
, Сонье-Ребори Б.
, Поллонини Г.
, Бамба-Мукку Д.
, Блитцер Р.
Д.
, Альберини К.
М.
(2011)Критическая роль IGF-II в консолидации и улучшении памяти.
Природа 469: 491–497.
- Милекич, Мария Х.
и Кристина М.
Альберини.
«Временно дифференцированная потребность в синтезе белка после реактивации памяти».
Нейрон 36.3 (2002): 521–525.
- Кимберли Дули, Леонард И.
Зон, Рыбки данио: модельная система для изучения болезней человека, Current Opinion in Genetics & Development, Volume 10, Issue 3, 1 июня 2000 г.
, страницы 252–256, ISSN 0959-437X.
-
Печать 101
19 Oct, 24 -
Мастер-Класс Игоря Сысоева В Киеве
19 Oct, 24 -
Обмен, Позвольте Мне Управлять
19 Oct, 24 -
Карта Веб-Трендов Ia
19 Oct, 24 -
Веб-Джары + Requirejs
19 Oct, 24