В 2008 году группа физиологов из США и Швейцарии сделала то, что ещё недавно казалось научной фантастикой: они вернули зрение мышам, слепым от рождения. Эти грызуны были генетически лишены фоторецепторов — клеток сетчатки, которые в норме улавливают свет и запускают нервный импульс. Без них глаз остаётся «тёмной комнатой», не способной передать в мозг ни единого зрительного сигнала.

Секрет зелёной водоросли

Ключом к прорыву послужила одноклеточная зелёная водоросль. У неё позаимствовали ген ChR2, кодирующий светочувствительный ионный канал. В норме этот канал открывается под действием света, пропуская ионы и меняя заряд клеточной мембраны — именно так и запускается возбуждение нейрона. Учёные встроили этот ген в биполярные клетки сетчатки слепых мышей — те самые клетки, которые в здоровом глазу получают сигнал от фоторецепторов и передают его дальше, к ганглиозным клеткам и зрительному нерву. Этот подход перекликается с другими прорывами в нейрорегенерации, когда учёные сняли молекулярный запрет на рост нервов и восстановили зрительный нерв у мышей.

Как работает зрение и что пошло не так

Чтобы понять суть эксперимента, стоит вспомнить, как устроено зрение. Всё начинается с фотона: он попадает на светочувствительный пигмент в фоторецепторе, тот меняет свою форму, и в мембране открываются ионные каналы. Поток ионов натрия и калия создаёт электрический сигнал, который через цепочку клеток сетчатки уходит в мозг. У подопытных мышей из-за генетического дефекта не было самих фоторецепторов, а значит, и запустить этот каскад было нечему. Но биполярные клетки, на которые обычно «опираются» фоторецепторы, сохранились. В них-то и встроили ген водоросли, превратив их в самостоятельные светочувствительные элементы.

Что увидели мыши

Результат не заставил себя ждать. Мыши, прежде натыкавшиеся на предметы и не реагировавшие на свет, начали ориентироваться в пространстве. Их зрение не стало идеальным — оно значительно уступало по качеству нормальному, — но этого хватило, чтобы животные могли различать свет и тьму, обходить препятствия и, судя по всему, формировать простые зрительные образы. Руководила работой Памела Лагали (Pamela Lagali) и её коллеги; их эксперимент показал, что даже при полной утрате фоторецепторов сетчатку можно «научить» видеть с помощью чужеродных светочувствительных белков.

Надежда для сотен тысяч

Этот успех — больше, чем лабораторный курьёз. Он дал надежду людям с врождёнными и приобретёнными заболеваниями сетчатки, которые приводят к гибели фоторецепторов. Речь о сотнях тысяч больных по всему миру: пигментный ретинит, макулодистрофия и другие недуги постепенно отнимают зрение, и до сих пор эффективного лечения для многих из них не существовало. Оптогенетический подход — а именно так называется методика, объединяющая генную инженерию и световую стимуляцию, — может в перспективе вернуть таким пациентам хотя бы частичное зрение. Конечно, от мыши до человека путь неблизкий: потребуются годы испытаний, чтобы подтвердить безопасность и эффективность. Но сам принцип — заставить уцелевшие клетки сетчатки реагировать на свет с помощью генов водоросли — уже работает.

Пожалуй, самое интригующее здесь то, что решение пришло из мира, казалось бы, далёкого от медицины. Зелёная водоросль, миллионы лет использовавшая светочувствительные каналы для ориентации в воде, неожиданно подарила шанс слепым млекопитающим. И, возможно, в скором будущем — человеку.