211service.com
DNA-sekvensering kan kartlägga hjärnans ledningar
Neuroforskare planerar att använda ett virus som bär DNA från neuron till neuron, kombinerat med DNA-sekvenseringsteknologi, för att förstå hur hjärnan på musen är kopplad, cell för cell.
Projektet som föreslagits av Anthony Zador och andra kl Cold Spring Harbor Laboratory i New York erbjuder dock ett billigare och snabbare sätt att kartlägga neuron-till-neuron-samtal som sker i hjärnan och kan belysa störningar inklusive autism eller schizofreni.
Ansträngningen skulle vara ett spännande tillägg till det växande området av connectome-projekt – forskningsinsatser för att kartlägga de neurala kopplingarna i hjärnan – säger Amy Bernard, chef för Structured Science vid Allen Institute for Brain Science i Seattle. Grundläggande för att förstå alla grunder för sjukdom eller funktion är att först förstå din dellista: vad alla celler är och hur de passar ihop, säger Bernard.
Symtomen på många hjärnsjukdomar och sjukdomar, särskilt dåligt förstådda tillstånd som autism eller schizofreni, kan uppstå från onormala kopplingar i hjärnan. Man tror till stor del att dessa sjukdomar kan påverka hjärnans kopplingsschema. Att förstå den normala versionen hjälper oss att förstå när den inte är korrekt ansluten och vad som kan vara fel, säger Bernard.
De flesta connectome-projekt förlitar sig på visuell inspektion av hjärnans struktur med hjälp av neuronspårande färgämnen och mikroskop. Dessa metoder låter forskare se hur stora neuronala vägar kopplar ett område av hjärnan till ett annat, men de tillåter inte en närbild av synapserna (korsningen av två neuroner där information utbyts). Mer intensiva mikroskopimetoder möjliggör högprecisionsvyer av synapser, men processen är tidskrävande och dyr. Med tanke på de uppskattade miljarder synapser i en mushjärna, kan en snabbare metod med hög genomströmning påskynda vår förståelse av hur neuroner pratar med varandra i däggdjurshjärnan.
I PLOS Biologi denna vecka, laget beskriver en metod där små bitar av DNA överförs från en neuron till nästa som en del av ett virus. Varje neuron är märkt med en unik DNA-streckkod - en handfull DNA-bokstäver eller baser i en specifik ordning som kommer att vara unik för varje neuron. Med bara 20 bokstäver kan teamet unikt märka en biljon nervceller – många fler än vad som finns i hjärnan på en mus.
Vi konstruerar viruset för att flytta streckkoderna över synapser, så nu blir varje neuron en påse med streckkoder, som innehåller kopior av sin egen streckkod och kopior av alla neuroner som pratar med den, säger Zador.
När viruset har fört streckkoderna från en neuron till en annan kommer ett annat modernt biologiknep att användas för att kartlägga sambanden. Teamet kommer att skörda DNA från hjärnan och sekvensera de kombinerade streckkoderna. Datorer kommer sedan att reda ut vilka neuroner som bytt streckkoder med varandra.
Den här strategin är riktigt trevlig, särskilt eftersom kostnaden för sekvensering går ner, säger Bernard. Det kommer inte att ge dig den information om hela hjärnan, hela strukturen som några av de andra connectome-projekten fokuserar på, utan i stället kommer det att ge en mer närbild av hjärnans kopplingar.
Zador hoppas att data från hans teams connectome kommer att hjälpa forskare att ställa in sin hypotes om hur hjärnan fungerar genom att förse dem med data om hur den är kopplad.
Just nu är vår kunskap om kretsar så rudimentär att [hypoteser] i stort sett är obegränsade, säger Zador. När forskare har en idé om hur hjärnan fungerar har de inget sätt att enkelt kontrollera om hjärnans ledningar är förenliga med deras hypotes. En av mina stora förhoppningar har varit att vi kan [förbättra] vår förståelse av kretssystemet till en punkt där vi sedan kan göra mycket snabbare framsteg när det gäller att förstå hur hjärnor beräknar.