Több, mint 100 éve már, hogy Ramón y Cajal a Golgi-féle ezüst festés segítségével azonosította az agy szerkezeti elemeit, az idegsejteket, és ezzel gyakorlatilag megalapította az agykutatás tudományát. Az ezüst festés (máig sem tudjuk, miért) képes neuronok nagy tömegéből egy-két idegsejtet kiválasztani, és azokat teljes egészükben megjelölni. A módszer ezen előnye azonban idővel korlátjává is vált, ugyanis nem lehet vele egyidejűleg sok neuront megjelölni és a közöttük fennálló kapcsolatokat, azaz a neuronális hálózatot magát tanulmányozni. Ezt a korlátot törte át most Jeff Lichtmann és kutatócsoportja a Nature-ben nemrég publikált, Brainbow névre keresztelt módszerével. Azon túl, hogy ez a rendkívül ötletes módszer akár éveken belül forradalmasíthatja az agykutatást, már most lélegzetelállítóan gyönyörű képeket köszönhetünk neki.


A Critical Biomass-en már olvashattatok egy rövid ismertetőt az eredményről, ezért engedelmetekkel ezúttal kicsit részletesebben tárgyaljuk meg, hogyan jutottunk el Cajal kézzel rajzolt idegsejtjeitől (melyek egyébként a mai napig tankönyvi ábra pontosságúak) ide:


Szép, ugye? Akár egy Camille Pissarro festmény. A különbség csak annyi, hogy Pissarro ecsetjének egyetlen szőrszála eltakarná az egész képet. Lássuk hát, mire van szükségünk egy ilyen impresszionista agyszelethez.

Először is kell egy festék. Kézenfekvő, hogy ehhez a képalkotó eljárások slágerfehérjéjét, a zöld fluoreszcens fehérjét (GFP) válasszuk. Ez egy fluoreszcens medúzából, az Aequorea victoria-ból származó fehérje, melynek génjét más szervezetekbe bejuttatva azok is zöld színben fluoreszkálnak. Ez ma már rutineljárásnak számít a molekuláris biológiában. Olyannyira, hogy mára némi módosítás révén több különböző színű variációját is elkészítették ennek a génnek. Létezik piros (RFP), sárga (YFP), cián (CFP) vagy narancssárga (OFP) változat is. A gond csak az, hogy ezek bármelyikét is juttatjuk be a genomba, kizárólag azt az adott színt fogjuk visszakapni, és bár minden sejtet megfestünk vele, valójában ez visszalépést jelentene az ezüst impregnációhoz képest, hiszen a nagy masszában nem tudnánk elkülöníteni az egyes sejteket.

Ennek a problémának a megoldására a következő trükköt alkalmazták: sejttenyészetbe bejuttatták három (piros, sárga, cián) színű fluoreszcens fehérje génjét. Ezeket a  génszakaszokat egymás után helyezték el, közéjük pedig úgynevezett lox szakaszokat (az ábrán a fekete és csíkos háromszögek) tettek. Amikor a sejt elkezdi legyártani a DNS-ben kódolt fehérjét, a promoter régiótól indulva a következő poliadenilációs (pA) szignálig jut. Alapesetben tehát csak a piros fehérje készül el. Az egymással kompatibilis lox szakaszok azonban a Cre nevű enzim hatására képesek "összeolvadni", ezáltal a sárga vagy cián fehérjét helyezve előre. Mint az alsó ábrán szépen látható, ekkor piros, sárga és cián színű sejtek keverékét kapjuk.

Innen már (majdnem) egyenes út vezetett oda, hogy a színek számát megnövelve, majd a kidolgozott módszert immár sejttenyészet helyett egerekben alkalmazva kirajzolhassák egy-egy agyterület szinte teljes sejttérképét.

 

                                  Kisagyi idegsejtek                          Agykérgi piramissejtek

Azon túl, hogy rendkívül látványos, mitől lesz forradalmi ez a technika? Nem attól, hogy megkülönböztethetjük a sejttesteket, hiszen azok egy teljesen hétköznapi mikroszkóp segítségével is láthatóak, és bár nem mindenhol, de egyes helyeken ilyen egyszerű körülmények között is könnyedén megkülönböztethetőek. A módszer igazi ereje az, hogy az ily módon azonosított sejtek kapcsolatait, azok idegnyúlványait is végig tudjuk követni. Láthatóvá válik, mely más idegsejtek kapcsolódnak hozzájuk és melyekhez kapcsolódnak ők. Magyarul feltérképezhetővé válik az idegsejtek hálózata és pontos kapcsolódási rendszere. Az alábbi nagyobb nagyítású ábrákon például szemcsesejtek és az őket beidegző más sejtek összeölelkezésének lehetünk szemtanúi.

 
Azt hiszem, nem túlzok nagyot, ha azt mondom, hogy az agykutatás területén az utóbbi évek egyik legjelentősebb eredményét tisztelhetjük ebben a publikációban. Sőt, kár is lenne csak az agykutatásra korlátozni a jelentőségét, hiszen - annak ellenére, hogy itt csak idegrendszeri példákat hoztak - valójában semmi nem zárja ki, hogy más sejtekben is használni lehessen az eredményeket. Ha fogadnotok kell az orvosi Nobel-díjra úgy 2015-2020 környékén, jusson majd eszetekbe!

Zárásként még néhány elbűvölő kép: