Можно ли слепых людей сделать зрячими? Подобные чудеса если и были возможны, то только в сказках. Сегодня благодаря достижениям новой науки — оптогенетики — они могут стать реальностью.
О сути этих исследований корреспонденту «РГ» рассказал академик РАН Михаил Островский, заведующий лабораторией Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН.
Михаил Аркадьевич, я был в своё время поражён, прочитав слова нобелевского лауреата, испанца Рамона-и-Кахаля, что сетчатка глаза — это часть мозга, вынесенная в глаз. Природа за миллионы лет создала удивительный инструмент, по сложности уступающий разве что самому мозгу. Давайте в самых общих чертах напомним, как глаз работает, как мы видим.
Михаил Островский: Можно только поразиться провидению испанского учёного. Ведь сегодня, чтобы изучать мозг, многие ученые изучают именно сетчатку. Она, как пирожное «Наполеон», состоит из нескольких слоёв. Первый — светочувствительный, два других — нервные клетки. Они называются биполярные и ганглиозные.
Главный для зрения слой — первый. Это знакомые нам из школьного курса зрительные клетки, палочки и колбочки. Они содержат светочувствительное вещество, белок родопсин. Именно он реагирует на приход кванта света, поглощая его. А дальше вступает в дело сложнейшая биохимическая машинерия. Удивительное творение природы! Она выдаёт электрический ответ всего на один квант света. Это предел физики! Сигнал в светочувствительном слое усиливается примерно в 100 тысяч раз! Отсюда он отправляется в нервные клетки глаза, а затем в мозг, где формируется зрительный образ.
И все же давайте проясним, почему сетчатка — это часть мозга.
Михаил Островский: Потому, что в ней, точнее, в её нервных клетках происходит сложнейшая обработка первичной зрительной информации, её кодирование. Именно в таком виде она уходит в мозг. Так работает глаз, если с сетчаткой все в порядке. А вот если при её заболеваниях погибают клетки светочувствительного слоя, то наступает слепота. Ещё недавно она считалась приговором, но сейчас появился шанс вернуть зрение.
Учёные встроили слепому человеку ген родопсина, и он стал видеть. Вначале смог разглядеть пешеходный переход и сосчитать количество белых полос
Как я понимаю, благодаря молодой и модной сегодня оптогенетике. В чём идея?
Михаил Островский: Вначале несколько слов про оптогенетику. Эта технология родилась всего 15 лет назад на стыке оптики и генетики и сейчас бурно развивается. Несмотря на молодость, она уже произвела революцию в исследованиях, как работает здоровый и больной мозг. Но, увы, речь о лечении заболеваний не идет. Дело в том, что для этого свет требуется доставить в мозг, а значит, сверлить в нём отверстие, куда вставляется световод. Единственная область медицины, в которой методы оптогенетики могут дойти до клиники, это офтальмология. Ведь свет в клетки сетчатки глаза попадает естественным путем.
А теперь — в чём идея борьбы со слепотой? При заболеваниях сетчатки, когда светочувствительные зрительные клетки погибли, следующие за ними нервные клетки остаются здоровыми. Так вот, надо сделать их светочувствительными! Попробовать «вставить» в них тот самый светочувствительный белок родопсин.
Ещё недавно такие трюки были из области фантастики, сейчас в генетике они стали реальностью. Берётся безвредный для организма вирус, который используется как транспорт. На него навешивается ген родопсина и ещё элемент, который заставляет этот ген прийти по конкретному адресу — в нервные клетки. И когда на них попадает свет, они выдают импульсы, которые идут в мозг.
И глаз прозревает! Со слепотой покончено? Всё так просто?
Михаил Островский: Если бы... Мы говорили, что обработка информации, её кодирование происходит в нервных клетках сетчатки. Так вот, когда мы их делаем светочувствительными, то они напрямую посылают импульсы в мозг, и никакой обработки информации уже нет.
Но что же тогда в этом «шуме» можно увидеть? То есть исследования завели в тупик?
Михаил Островский: Не совсем. Шанс на выход есть, и его даёт сам мозг. Этот удивительный орган обладает поразительной пластичностью, которая позволяет ему находить выход в самых сложных ситуациях. Известны многочисленные случаи, когда при поражении каких-то зон и даже целого полушария мозг сумел перестроиться, здоровые его области брали на себя утраченные функции.
Так вот, оказалось, что и в нашем случае, благодаря пластичности мозга, он сможет использовать необработанную в нервных клетках глаза информацию. И это было показано в экспериментах на слепых мышах. Им ввели ген родопсина, и они прозрели, смогли выбраться из сложного лабиринта. А в зонах мозга, ответственных за зрение, появилась электрическая активность.
Но у мышки не спросишь, что ты видишь...
Михаил Островский: Верно. Поэтому мировой сенсацией стал в 2021 году эксперимент, который провели швейцарские и французские учёные. Они встроили слепому человеку ген родопсина, и он стал видеть. Вначале смог разглядеть пешеходный переход и сосчитать количество белых полос. Позже увидел тарелки, кружки, телефон, предметы мебели в комнате, двери в коридоре и т.д. Это первый в мире факт частичного восстановления зрения с помощью оптогенетики.
Дорога к прорыву, к клинике была открыта?
Михаил Островский: Но не всё так просто. Дело в том, что в глаз был введён ген родопсина не человека, а одноклеточной водоросли. С ней особая история, она связана с российским учёным Андреем Сергеевичем Фаминцыным. Она очень поучительна для науки. Вообще наши учёные сыграли важнейшую роль, чтобы оптогенетика появилась. Но об этом позже.
Так вот, у мыши этот родопсин из водоросли хотя и обладал светочувствительностью, но она была очень низкая. Не буду вдаваться в подробности. Чтобы человек видел, учёным пришлось сделать сложнейшую и массивную систему в виде «очков», которая усиливала сигнал. О её массовом применении речи быть не может.
А зачем вообще усложнять, связываться с какой-то водорослью? Почему бы не взять ген человеческого родопсина?
Михаил Островский: Да, вроде бы такой вариант очевиден. Но вся оптогенетика началась с гена водоросли. И большинство нейробиологических исследований, в том числе и в офтальмологии, с ней и продолжаются. Но сейчас наметился переход к родопсину палочек и колбочек сетчатки глаза. Принципиально важно, что у него в 1000 раз более высокая чувствительность к свету, чем у родопсина водоросли. Поэтому не требуется специальный сложный усилитель. Главное, что выяснилось и на экспериментальных животных, а теперь и на человеке, — такая технология в принципе работает. Её совершенно необходимо дальше разрабатывать и усовершенствовать.
Так уже можно переходить к клинике?
Михаил Островский: До неё ещё далеко. Необходимы дальнейшие генно-инженерные работы, фундаментальные исследования на животных, чтобы довести до клинических испытаний зрительный родопсин.
И всё же как вы оцениваете, когда эта технология может появиться в клиниках?
Михаил Островский: Сейчас она на начальной стадии, но главное, что понятен сам принцип и его перспективность. Исследования в мире в этом направлении активно ведутся. Это, можно сказать, сейчас «горячая точка» на пути приложения методов оптогенетики в клинике и, естественно, хотя бы частичного возвращения зрения слепым людям. Думаю, реально в клиниках эта технология может появиться лет через пять.
Вряд ли человек сможет читать или работать на компьютере, но будет различать обстановку в квартире, а на улице — автомобили и пешеходные переходы. А главное — увидит людей.
На какой стадии такие работы у нас?
Михаил Островский: Ситуация такая. Под этот проект мы имели грант Минобрнауки. Совместно с академиком Михаилом Кирпичниковым нам удалось тогда собрать хорошую междисциплинарную команду. В ней были генные инженеры, физиологи — сотрудники нашего института, Института биоорганической химии РАН, Института высшей нервной деятельности РАН, биофака МГУ. Важный итог исследований: после введения естественного, зрительного родопсина в нервные клетки сетчатки слепой мышки она смогла найти правильный путь в лабиринте. Это значит, что она стала что-то видеть.
Но грант закончился, а новый нам не выделили. Что дальше? Трудно сказать...
Вы хотели подробнее рассказать о роли наших учёных в появлении оптогенетики.
Михаил Островский: Все началось 160 лет назад, когда российский учёный академик Андрей Сергеевич Фаминцын, занимаясь одноклеточными водорослями, обнаружил, что они реагируют на свет, даже плывут к нему. Прошло еще около ста лет, и в конце 70-х годов прошлого века профессор МГУ Феликс Федорович Литвин, наблюдая за этими водорослями, установил, что их движением управляет светочувствительный белок родопсин. Эта работа была опубликована в престижном журнале Nature. Затем этот родопсин зеленой водоросли исследователи в других странах превратили в инструмент оптогенетики — нового метода, позволяющего с помощью света управлять работой живой клетки, в первую очередь, нервной клетки.
На что хочу обратить особое внимание? Работы и Фаминцына, и Литвина, и потом многих других учёных, казалось бы, никакого отношения к практической жизни не имели. Возились с какой-то водорослью... Что от неё, как у нас говорилось, народному хозяйству? Так вот, это типичный пример удовлетворения собственного любопытства за государственный счёт. Погоня за знанием, по моему глубокому убеждению, является основой настоящей фундаментальной науки.
Текст: Юрий Медведев.
Источник: «РГ».