Kiedy tracimy ciekawość i wpadamy w te same wzorce myślenia i odczuwania - niezależnie od tego, czy mówimy o mózgu, ciele, czy nawet o rzeczywistości - zwykle myślimy o tym, co wiemy is co jest. Ale gdy ludzie dokonują nowych odkryć i zdają sobie sprawę, że nie wiemy wszystkiego, nasz konstrukt zrozumienia powoduje, że myślimy inaczej, w wyniku czego zmieniamy nasz model naukowy. Tak jest w przypadku nowego Badania naukowe wychodząc z Instytutu Salka i Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.
Od jakiegoś czasu wiemy, że komórki mózgowe, które przechowują i przetwarzają informacje, nazywane są neuronami. Z punktu widzenia mikroskopu trudno odróżnić je od siebie. Ale teraz, po raz pierwszy w historii, naukowcom udało się profilować chemiczne modyfikacje cząsteczek DNA indywidualny neurony, dostarczając im szczegółowych informacji o tym, co odróżnia jedną komórkę mózgową od sąsiada.
Korzystając z metodologii molekularnych i markerów chemicznych, naukowcom udało się zidentyfikować grupy neuronów o różnych funkcjach, a stamtąd posortować neurony na podtypy. Do tej pory naukowcy nie byli w stanie określić, ile typów neuronów istnieje, ale to nowe odkrycie może dostarczyć radykalnie nowych informacji na temat rozwoju i dysfunkcji mózgu. Wykorzystując metylom każdej komórki - wzór markerów chemicznych składający się z grup metylowych, które badają jej DNA - zespół Salka był w stanie posortować neurony na podtypy.
„Uważamy, że to dość uderzające, że możemy rozdzielić mózg na poszczególne komórki, sekwencjonować ich metylomy i zidentyfikować wiele nowych typów komórek wraz z ich elementami regulatorowymi genów, genetycznymi przełącznikami, które odróżniają te neurony od siebie” - mówi współautor: starszy autor Joseph Ecker, profesor i dyrektor Laboratorium Analizy Genomowej Salka oraz badacz Instytutu Medycznego Howarda Hughesa.
RNA jest kwasem nukleinowym obecnym we wszystkich żywych komórkach, a jego zadaniem jest działanie jako przekaźnik przekazujący instrukcje z DNA do kontrolowania syntezy białek - elementów budulcowych życia. Wcześniej naukowcy używali cząsteczek RNA w poszczególnych komórkach mózgowych, aby zidentyfikować, co je wyróżnia. Jednak często okazało się to niejednoznaczne, ponieważ poziomy RNA mogą szybko zmieniać się pod wpływem nowych warunków, a nawet w ciągu dnia. Zamiast tego zespół Salka zwrócił się ku metylomom ogólnie stabilnych komórek, które zwykle pozostają stabilne przez cały okres dorosłości.
„Nasze badania pokazują, że możemy jasno zdefiniować typy neuronów na podstawie ich metylomów” - mówi Margarita Behrens, starszy naukowiec z Salka i współautor nowej pracy. „Otwiera to możliwość zrozumienia, co sprawia, że dwa neurony - które znajdują się w tym samym regionie mózgu i poza tym wyglądają podobnie - zachowują się inaczej”.
Skupiając się między innymi na korze czołowej, obszarze mózgu odpowiedzialnym za skupioną koncentrację, złożone myślenie, osobowość, zachowania społeczne i podejmowanie decyzji, zespół rozpoczął pracę nad mózgiem myszy i człowieka. Robiąc to, byli na stole do izolacji 3,377 neuronów z kory czołowej myszy i 2,784 neuronów z kory czołowej zmarłego 25-letniego człowieka.
W przeciwieństwie do innych komórek w organizmie, neurony mają dwa rodzaje metylacji, więc naukowcy byli w stanie sekwencjonować metylomy każdej komórki przy użyciu nowych metod. Odkryli, że neurony z mysiej kory czołowej można zorganizować w 16 podtypów w oparciu o wzorce metylacji, podczas gdy neurony z ludzkiej kory czołowej były bardziej zróżnicowane i utworzyły 21 podtypów. Wyniki pokazały, że neurony, które dostarczały komunikaty stop w mózgu (neurony hamujące), wykazywały bardziej konserwatywne wzorce metylacji między myszami a ludźmi w porównaniu z neuronami pobudzającymi. W badaniu zidentyfikowano również nowe, unikalne podtypy ludzkich neuronów, co jeszcze bardziej otworzyło drzwi do zrozumienia tego, co odróżnia nas od zwierząt.
„To badanie otwiera nowe okno na niesamowitą różnorodność komórek mózgowych” - mówi Eran Mukamel z Wydziału Nauk Poznawczych UC San Diego, współautor pracy.
Następnym krokiem dla naukowców jest rozszerzenie badań, aby przyjrzeć się dodatkowym częściom mózgu, a także większej liczbie mózgów.
„Istnieją setki, jeśli nie tysiące, typów komórek mózgowych, które mają różne funkcje i zachowania i ważne jest, aby wiedzieć, jakie są te wszystkie typy, aby zrozumieć, jak działa mózg” - mówi Chongyuan Luo, współpracownik naukowy Salka i współpierwszy autor nowej pracy, wraz z Christopherem Keownem, absolwentem UC San Diego. „Naszym celem jest stworzenie listy części mózgów myszy i ludzi”.
Gdy ta „lista części” będzie kompletna, Ecker mówi, że chcieliby również rozpocząć badanie, czy metylomy neuronów u osób z chorobami mózgu różnią się od tych u osób zdrowych. „Jeśli defekt występuje tylko w jednym procencie komórek, powinniśmy być w stanie to zobaczyć za pomocą tej metody” - mówi. „Do tej pory nie mielibyśmy szansy na wychwycenie czegoś w tak niewielkim procencie komórek”.
Nawet dzisiaj, w naszym egocentrycznym sposobie myślenia, wydaje nam się, że wiemy wszystko o mózgu i ciele, ale w rzeczywistości nasze rozumienie jest tylko ograniczoną wersją. Z czasem będziemy nadal osiągać jeszcze lepsze zrozumienie. Kto wie, gdzie będzie w naszym zrozumieniu złożoności ludzkiego mózgu za 100 lat od dzisiaj. To jest ewolucja.