Организм человека исследуют давно, а конца и края по-прежнему не видно. И одна из самых сложных областей – наш мозг и нервная система. О том, можно ли вырастить глаз и чем оказались полезны науке кальмары и улитки, корреспонденту «СК» рассказал кандидат биологических наук, доцент Валерий Жуков. Ученый возглавляет направление нейробиологии в химико-биологическом институте БФУ им. И. Канта.
Вырастили глаза на ногах
– Чем именно занимаются нейробиологи?
– Нейробиология – это совокупность наук, которые имеют отношение к изучению нервной системы. Мозг – сложное образование, исследовать его можно с самых разных сторон. Этим занимаются не только биологи, химики, медики, но и математики, физики. И всем работы хватит на много веков.
Теперь несколько примеров того, чем занимается нейробиология. Один из важных продуктов деятельности нервных и мышечных клеток – производство электричества. Нервная клетка – это батарейка, которая не просто поддерживает заряд, но и производит нервные импульсы, т. е. резко его изменяет, за тысячные доли секунды. Это – язык, на котором нервная клетка говорит с себе подобными, а также с мышечными клетками (и в результате мышцы сокращаются, мы двигаемся, работает сердце и т. д.), железами (выделяется секрет – например, гормоны). Изучение этих импульсов, механизмов их передачи.
Нейробиология занимается и вопросом развития и регенерации нервной системы. Все знают фразу «нервные клетки не восстанавливаются». И это почти верно: они регенерируются крайне плохо. Но в пазухах носа в обонятельном эпителии находится кусочек мозга с нервными клетками. Они заменяются каждые 40 дней. Почему одни умеют восстанавливаться, а другие нет – важный вопрос для науки.
– Чему посвящены ваши исследования?
– Клеточной нейробиологии. На базе университета создается íåéðî-ëàáîðàòîðèÿ â ðàìêàõ êàôåäðû мîëåêóëÿðíîé фèçèî-ëîãèè è бèîôèçèêè, закупается оборудование. Многие приборы просто удивительны: например, камера для съемки с микроскопа. Она позволяет увидеть на картинках, что происходит в клетках за тысячные доли секунды.
Будут и совместные проекты с другими исследователями, ведь сегодня самое актуальное направление – соединение нейробиологии и молекулярной генетики. Есть поразительные результаты такого союза: в 2013 году Нобелевскую премию дали за открытие гена, который отвечает за стимулирование клеток сетчатки к размножению. Это можно использовать, например, для борьбы со слепотой, когда у человека происходит эрозия сетчатки. Правда, конкретной технологии пока нет: в сетчатке 130 млн клеток, все они связаны между собой определенным образом – как это воссоздать?
Или вот пример: открыт ген, который отвечает за формирование глаз у зародыша. Благодаря его стимулированию швейцарский ученый Вальтер Геринг вырастил дополнительные глаза у мушки-дрозофилы. Правда, на ногах! И пока они не соединены с нервной системой, это не полноценные органы зрения.
Результаты – в медицине
– Подопытными «кроликами» становятся разные организмы. Вы на ком проводите опыты?
– На улитках! В нейробиологии, к слову, большую роль сыграл... кальмар. У одного из его видов есть гигантский аксон – нервное волокно, которое можно видеть без микроскопа. Не менее важны оказались лягушка, пиявка, а клеточная нейробиология во многом началась с улитки. Это морской слизень, без раковины, с крупными нервными клетками, их хорошо видно при небольшом увеличении, и они ярко окрашены.
– Почему сложные вещи изучают на простых существах?
– Геометрия нервных клеток чрезвычайно сложна, все они имеют отростки – у некоторых число окончаний доходит до 20–40 тысяч. Множество комбинаций соединений клеток между собой. Поэтому нервная система человека с точки зрения количества элементов и сочетаний – космос, разбирать его по клеткам не хватит жизни нескольких поколений. Отсюда и обращение к простым организмам. Хотя даже у них все оказывается сложно. Я долго занимался глазами улитки, на их примере многое можно узнать и понять. Но остается основной и самый очевидный вопрос – зачем ей глаза?
Глаз сам по себе не видит, видит мозг, а глаз – лишь аппарат, который передает сигнал и получает его обратно. А у улитки такого мозга, как у человека, со специальными зрительными отделами, нет. Как и у медуз, а среди них существует вид, у которого целых 24 органа зрения.
Световая чувствительность улиток позволяет говорить о более общих вещах. Строение глаза человека было отлично описано еще в XIX веке, а вот как работает сам нервный аппарат глаза – сетчатка, в которой пять структурно организованных слоев клеток, миллионы фоторецепторов? Уже удалось выяснить, что сигналы от глаза идут в обе стороны: к мозгу и от него, т. е. сетчатка глаза имеет управление. Можно подозревать, что и все сенсорные органы имеют управление из мозга, но твердых доказательств пока нет.
– Где применяют результаты?
– Прежде всего, в медицине. Нейробиология дает теоретический фундамент для нейрофармакологии. Если назвать мозг машиной, то она сочетает в себе два принципа работы: каждая клетка создает электричество, но еще и выделяет разные химические вещества. Их известно уже много. Сбою в их обмене приписывают некоторые нарушения работы мозга. Так, шизофрения – нарушение синтеза и метаболизма дофамина. Сходная химическая подоплека может быть и у заболевания алкоголизмом. Дисфункций множество, и, зная, какое вещество за них отвечает, можно пытаться скорректировать работу нервной системы.