Nové virové nástroje pro mapování mozku

Podivuhodně výkonný mozek, který je připojený k elektronice přes důmyslné rozhraní. Zatím je to stále ještě science-fiction, už si ale docela dobře umíme představit, jak taková technologie bude vypadat a jak asi bude fungovat. Pro někoho kvalitní noční můra, pro jiného fantastická záležitost, která nám podstatně rozšíří obzory. Ať už se propojení mozku s mikročipem bojíme anebo ho toužebně očekáváme, pro rozvoj takové technologie budeme určitě potřebovat velmi detailní mapu mozkové aktivity i struktury nervových propojení. Vyhotovení takových map nebo přesněji řečeno dynamických modelů mozku se ale neobejde bez sofistikovaných nástrojů, které zatím nejsou k dispozici.

Prozatím se objevilo několik konceptů, které měly ambice mapovat mozkovou aktivitu. Asi nejvíc mezi nimi vynikají extravagantní DNA telegrafní pásky Konrada Kordinga a George Churcha, založené na upravených DNA polymerázách pro čtení nervové aktivity a neurální čárové kódy Tonyho Zadora, používající upravené viry pro mapování nervových propojení. Oba tyto koncepty nejprve vzbudily nadšení a pak je drsná realita vrátila zpátky na zem. Mapovat neuvěřitelně komplexní mozek, to není jen tak. Tony Zador z Cold Spring Harbor Laboratory to ale nevzdává a se svými kolegy dál intenzivně zkoumá možnosti využití geneticky upravených virů pro mapování nervových propojení, aniž by přitom viry citelně poškodily nervové buňky. V časopisu Frontiers in Neuroanatomy popsali, jak geneticky upravili virus Aujeszkyho choroby (PRV, anglicky pseudorabies virus) pro efektní pohyb nervovým systémem a značení vybraných neuronů.

Zdaleka ne každý virus dokáže překonat hematoencefalickou bariéru (anglicky blood–brain barrier), která velmi účinně odděluje vnitřní prostředí mozku od cévního systému v těle. Viry, které to zvládnou, si pak ale mohou udělat z mozku svoje soukromé hřiště, kde je vůči nim imunitní obrana do značné míry bezmocná. Imunitu mají v mozku na starost nervové buňky mikroglie, ty jsou ale na viry poschovávané uvnitř buněk mozku krátké. Zní to hrozně a pro nakažené to taky hrozné je, bioinženýři to ale mohou velmi rafinovaně využít. 

Mezi lstivé viry procházející hematoencefalickou bariérou patří i virus PRV. Aujeszkyho choroba nebo také choroba šíleného svrbění je celosvětově rozšířeným onemocněním prasat, ale i mnoha dalších druhů zvířat. Její hlavním příznakem je mučivé svědění, bývá smrtelná a přežívají jedině prasata, která jsou i jejím rezervoárem v prostředí. Průběh Aujeszkyho choroby často připomíná vzteklinu a není to moc pěkný pohled. Odtud pochází i anglické pojmenování virózy. Můžeme být jedině rádi, že primátům se tahle šílená nemoc zásadně vyhýbá. Možná i proto si bioinženýři jako zajímavý nástroj oblíbili jejího původce – virus PRV, velký dvouřetězcový DNA virus z čeledi Herpesviridae. V dnešní době masově rozdmýchávaných hysterií ze smrtících chřipek, koronavirů nebo eboly je pro virus neschopnost nakazit člověka vstupenkou do lepší společnosti.

Aby ale nevznikla mýlka, virus PRV není žádný beránek. Když se dostane do neuronu, ať už vlastními silami nebo s naší pomocí, tak ho v krátké době nemilosrdně zlikviduje. To není pro mapování mozkových propojení nijak zvlášť výhodné, takže s tím Zador a spol. museli něco udělat. Věděli, že virus PRV lze odzbrojit zablokováním jeho genu IE180, který funguje jako hlavní spouštěč replikačního cyklu dotyčného viru. S vyřazeným genem IE180 se virus PRV nemnoží, nelikviduje neurony a nešíří se do okolí přes synapse. Problém je v tom, že takto postižený virus je pro mapování mozku až příliš pochroumaný. Zadorův tým proto ještě navíc upravil samotné neurony tak, aby pro viry PRV vyráběly produkt genu IE180. Tímto zásahem si také vědci rozšířili prostor pro ovládání viru. Pokud jde o značení neuronů, vědci vybavili viry PRV specifickou Cre-loxP rekombinázou, která umožňuje manipulovat genom cílové buňky. Kromě toho také viry PRV naučili exprimovat značkovací fluorescenční proteiny mCherry, EGFP a ECFP, s nimiž lze značit cílové neurony.

Zador a spol. už se svými geneticky vylepšenými viry PRV čile experimentují, od intenzivního molekulárního nahrávání mozkové aktivity nebo mapování nervových propojení jsou ale stále ještě daleko. Podle všeho však mají slušně našlápnuto. Jejich technologie celých týmů různě geneticky upravených virů vyhlíží pro využití v mapování mozku a vůbec v hackerství nervové soustavy velice slibně.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka PhD.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:  

(orig). Frontiers in Neuroanatomy online 3. 9. 2014.

(doplň.) MedicalXpress 30. 10. 2014, Wikipedia (Pseudorabies, Blood–brain barrier).