Orang Jepang telah menemukan cara untuk menandai neuron nematoda

Beberapa minggu yang lalu, kami menerbitkan sebuah artikel yang menggambarkan karya para ilmuwan Amerika yang mampu memetakan otak Drosophila. Butuh 12 tahun dan $ 40 juta, tetapi hasilnya sepadan, karena proyek ini memungkinkan Anda untuk lebih memahami cara kerja sistem saraf organisme hidup.

Sekarang diketahui tentang proyek yang menarik oleh para ilmuwan Jepang yang belajar untuk memberi label neuron dari nematoda Caenorhabditis elegans. Ini adalah cacing, sistem saraf yang hanya terdiri dari 302 neuron, sehingga pemantauan pekerjaan mereka jauh lebih mudah daripada dalam kasus organisme hidup yang lebih kompleks.

Jepang mampu mengeluarkan cacing yang sistem sarafnya mengekspresikan seperangkat penanda tertentu. Selain itu, sebuah algoritma dikembangkan yang melacak kerja neuron cacing, mengidentifikasi aktivitas masing-masing sel dalam mode semi-otomatis. Sayangnya, bahkan dalam kasus organisme hidup sederhana ini, tidak mungkin untuk menentukan semua neuron yang terlibat dalam kehidupan cacing.



Tetapi sebagian besar neuron mampu mengidentifikasi. C. elegans adalah pilihan yang sangat baik untuk melacak operasi neuron individu dan seluruh jaringan. Para ilmuwan telah menyusun model sistem saraf cacing, melacak neuron individu.

Menariknya, pada cacing dewasa, lokasi neuron individu mungkin berbeda. Pada individu muda, perbedaannya tidak terlalu signifikan, tetapi pada nematoda dewasa, ya, oleh karena itu, proses mengidentifikasi sel-sel saraf rumit. Namun, para ilmuwan mampu memvisualisasikan kerja seluruh sistem saraf cacing, termasuk keadaan istirahat dan pergerakan.

Untuk menentukan neuron mana yang bertanggung jawab untuk apa, para ilmuwan memutuskan untuk menggunakan penanda spesifik. Tetapi mereka tidak memberikan gambaran yang lengkap, karena metode seperti itu hanya cocok untuk memantau operasi masing-masing subsistem. Terlalu banyak sel yang harus digunakan untuk mengidentifikasi setiap sel individu.

Proyek ini diluncurkan oleh Fuhui Long, yang berhasil menyusun atlas 3D dari nematoda larva. Mereka mencatat lokasi 357 dari 558 sel cacing, serta kemungkinan opsi lokasi. Tetapi neuron dari simpul saraf kepala tidak dijelaskan. Alasannya adalah kepadatan mereka melebihi indikator yang dapat diterima untuk metode pemantauan modern.

Karena itu, para ilmuwan memutuskan untuk membuat satu set pengidentifikasi baru. Untuk keluar dari situasi itu, Jepang mengidentifikasi promotor tertentu dengan label fluorescent khusus. Promotor adalah wilayah spesifik DNA yang digunakan sebagai awal transkripsi. Sel yang berbeda ditandai oleh promotor yang berbeda. Jika diinginkan, Anda bisa menggunakan protein fluorescent yang berfungsi saat ekspresi promotor tertentu.

Para ilmuwan memutuskan untuk memilih metode khusus ini untuk mengevaluasi prinsip sistem saraf nematoda. Dengan demikian, spesialis memantau ekspresi 35 promotor yang berbeda dalam sel saraf dari 311 cacing. Setelah itu, para ilmuwan memutuskan untuk membandingkan lokasi sel yang sama dalam cacing yang berbeda. Sel-sel yang dapat ditempatkan di dalam tubuh cacing dengan berbagai cara telah diisolasi.

Tahap akhir dari proyek ini adalah isolasi tiga promotor yang bertanggung jawab untuk pekerjaan sejumlah besar sel, dan kemudian pengikatan sel ke sel-sel fluoresen, yang memungkinkan untuk menentukan jumlah optimal sel-sel saraf dalam nematoda.

Selain itu, para ilmuwan dapat membuat algoritma otomatis untuk menentukan neuron dari garis baru C. elegans. Ini membandingkan ekspresi penanda terisolasi dan posisi sel-sel saraf nematoda. Jika perlu, Anda dapat menyesuaikan definisi neuron secara manual.



Akibatnya, para spesialis dapat menentukan sebagian besar neuron di tubuh bagian atas cacing dengan pola ekspresi. Posisi sel, ternyata, tidak stabil, tetapi para ilmuwan telah mengidentifikasi pasangan sel yang sering berada dalam tubuh cacing di dekatnya, sehingga Anda dapat mengidentifikasi pola lokasi sel.

Akibatnya, para ilmuwan menciptakan algoritma yang menentukan dengan tepat neuron aktif. Akurasi sekitar 78%. Benar, beberapa sel tetap tidak teridentifikasi; mereka tidak ada di atlas. Beberapa sel umumnya hanya ditemukan di dalam tubuh nematoda yang sangat sedikit.



Dalam waktu dekat, para ilmuwan akan mempelajari lebih banyak individu. Eksperimen reguler akan mengungkap promotor spesifik dan melengkapi basis data penanda sel cacing yang sudah jadi.