Takový obrázek se naskytl vědcům Harvardovy univerzity v americkém městě Cambridge, když pohlédli do mikroskopu na část myšího mozku. „Zůstali jsme stát s otevřenou pusou,“ vzpomíná Jeff Lichtman, jeden z členů týmu. Společně s kolegy pět let vyvíjel metodu, která by umožnila odlišit různými barvami jednotlivé nervové buňky. Nyní jsou harvardští neurologové konečně u cíle.
Díky jejich práci bude možné lépe poznat strukturu a fungování mozku. Výsledky jsou zajímavé dokonce i z estetického hlediska. „Samozřejmě jsme očekávali, že uvidíme směsici barev. Nenapadlo nás však, že vzniknou tak překrásné obrazce,“ popsal své první dojmy Jeff Lichtman.
O metodě, která dostala příznačný název Brainbow – z anglického brain (mozek) a rainbow (duha) informoval minulý týden prestižní vědecký časopis Nature. Obarvené neurony přinesl dokonce na titulní straně.
Inspirací se stala televizní obrazovka
První detailnější pohled do mozku umožnila metoda italského lékaře a patologa Camilla Golgiho a španělského histologa Santiaga Ramón y Cajala. Badatelé v 70. letech 19. století obarvili mikroskopické preparáty nervové tkáně na černo stříbrnými solemi. Díky tomu viděli siluety nervových buněk se všemi jejich výběžky, ovšem jen v odstínech šedi. „Neurony byly pouze tmavší oproti pozadí. Dodnes není také jasné, podle jakého klíče se tyto zvýrazněné buňky vybíraly,“ vysvětluje profesor Pavel Mareš z Fyziologického ústavu Akademie věd ČR. Vědci ale mohli neurony alespoň klasifikovat podle tvaru do několika různých skupin. Poznali také základní vztahy mezi strukturou a funkcí centrální nervové soustavy. Za svou práci dostali v roce 1906 Nobelovu cenu. Nové poznatky amerických badatelů mohou dnes pro neurologii znamenat podobnou revoluci jako kdysi Golgiho a Ramón y Cajalova metoda. Namísto prostého obarvení vzorku chemickou látkou se však nyní používá přenos genů. A výsledkem není „jen“ jednobarevná tkáň, ale pestré obrazce, které umožní sledovat vzájemné propojení jednotlivých neuronů. Během posledních let vědci vylepšili techniku vnášení genů pro fluorescentní proteiny. U myší ji už dovedou používat i k označování nervových buněk. Dosud se jim však nedařilo vytvořit více než dvě barvy najednou. „Bylo nám jasné, že to pro zmapování propojení mezi neurony nestačí,“ podotýká Johsua Sanes, další člen týmu, na stránkách časopisu Nature. Vědce inspiroval princip, na němž pracuje televizní obrazovka. Tam se míchá červená, zelená a modrá barva a vzniká pestrá škála dalších odstínů. Podobně pak lze ze tří nebo více fluorescentních proteinů vytvořit barevnou duhu čítající až stovku různých odstínů. Geny pro červený pigment získali výzkumníci z korálů, azurový a modrý pigment vznikl upravením zeleného, pocházejícího z medúzy. Vložili je do dědičné informace myších zárodků. Jean Livet, duchovní otec metody, ji přirovnává k molekulárnímu forbesu. „Každá buňka si může zahrát o své zbarvení,“ uvádí Livet na serveru LiveScience.
Pokračování na straně XI
Duha pomůže zmapovat...
Dokončení ze strany IX
Pořadí genů pro odlišné pigmenty určuje další gen označovaný Cre. Ten vědci získali z bakterií. Podle Liveta plní funkci ruky, která bere za páku ovládající molekulární forbes. Myší tkáňovou kulturu badatelé ovlivňovali přidáváním chemických látek, které aktivují enzym způsobující, zda se gen projeví.
U jednoho neuronu se tak zkombinovala třeba červená a azurová, ten se pak rozsvítil fialově. Soused mohl díky jinému poměru barev zase zrůžovět.
Pestrobarevné zobrazení usnadní orientaci ve spleti nervových buněk. Na tenkých řezech živé hmoty pod speciálním mikroskopem vědci vidí, kam vedou výběžky jednotlivých neuronů.
„Metoda označovaná Brainbow je jedinečná tím, že si neurony a podpůrné gliové buňky udržují neměnnou barvu po celý život, podobně jako se my navzájem lišíme barvou kůže,“ upozorňuje profesor František Vyskočil z Fyziologického ústavu Akademie věd ČR.
Harvardští výzkumníci se domnívají, že nová zobrazovací technika umožní lépe poznat fungování mozku. Mohla by také pomoci při hledání léčby některých závažných chorob.
Cesta k mapě mozku
„Metoda označovaná Brainbow je nesporným přínosem v poznávání strukturálních vztahů mozku. Lze ji jednoduše připodobnit k situaci, kdy na mapě máme zakresleny dálnice, ale chybí nám znalosti o tom, jak jsou na ně napojeny okresní a jiné komunikace,“ hodnotí Miloslav Kopeček, který nyní působí na Katedře psychiatrie University of North Carolina v americkém Chapel Hill. Metoda je podle něj jedním z důležitých kroků k lepšímu pochopení stavby mozku. „Na druhou stranu je to s ní jako s mapou, ze které nevyčtete, zda bývají na této komunikaci zácpy, časté nehody, jaká auta po ní jezdí, zda lze podél komunikace nakoupit čerstvé pečivo či denní tisk,“ podotýká Miloslav Kopeček. „Nová zobrazovací metoda umožňuje sledovat, kam až vedou výběžky jednotlivých neuronů. Díky tomu se již například ukázalo, že nervové buňky v mozečku jsou zapojeny trochu jinak, než se předpokládalo,“ uvádí profesor Mareš. Barevné zobrazení podle něj přinese také zajímavé informace o vzniku a utváření mozku. „Některé buňky postupně zanikají. Zatím však není jasné, podle jakého kritéria dochází k výběru těchto neuronů. Při jejich detailním sledování by se mohlo třeba ukázat, že to nějak souvisí s jejich zapojením do sítě,“ poznamenává Pavel Mareš.
Kam vedou buněčné kabely?
Okamžitou explozi nových poznatků lze očekávat tam, kde se zkoumají procesy učení a vybavování u myší, potkanů a primátů, domnívá se František Vyskočil. „Přímo uvidíme a budeme moci měřit v čase a prostoru, jak se reformují a přestavují paměťové sítě u zdravých, případně i nějak postižených jedinců. Dozvíme se, které dráhy a konkrétní neurony mohou nebo naopak nemohou v mozku regenerovat při stresu, poškození, ve stáří a při chronické bolesti a na jakou vzdálenost ten či onen zcela konkrétní buněčný kabel vede,“ odhaduje profesor Vyskočil. Za pozornost podle něj stojí i fakt, že podpůrné gliové buňky, jichž měl například Einstein několikrát více než ostatní lidé, mohou také „svítit“ různými odstíny. „Konkrétní gliová buňka bude konečně přistižena, jak a kolem kolika nervových výběžků se omotává, když vytváří izolační myelinovou pochvu, která zlepšuje komunikaci mezi neurony,“ plánuje František Vyskočil. Podle něj také uvidíme mizení myelinu, k němuž dochází u celé řady nervových vláken při roztroušené skleróze. „Metoda najde uplatnění při studiu rozvoje a léčby poruch hybnosti a míšní regenerace. Už tato první práce v Nature přináší obrázky několika konkrétních tzv. Schwannových buněk v periferních nervech a jejich změny v rozmezí 50 dní,“ upozorňuje dále profesor Vyskočil. Díky nové zobrazovací technice se odborníci dozvědí, kudy a odkud z kůže, šlach a svalů vedou výběžky nervových buněk. „Budeme stopovat celé svazky desítek a možná stovek různobarevných kabelů,“ domnívá se František Vyskočil. Pomocí metody Brainbow se podle něj přiblížíme k řešení záhady vzniku těžké svalové slabosti a atrofií.
***
Nová metoda umožní sledovat, kam vedou výběžky jednotlivých nervových buněk
O autorovi| Eva Hníková, redaktorka LN
