Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Lingkungan

Alat baru untuk menonton dan mengontrol aktivitas saraf – ScienceDaily


Penyelidikan molekuler baru dari Universitas Stanford dapat membantu mengungkapkan bagaimana otak kita berpikir dan mengingat. Alat ini, yang disebut Fast Light and Calcium-Regulated Expression atau FLiCRE (dibaca “flicker”), dapat dikirim ke dalam sel mana pun untuk melakukan berbagai tugas penelitian, termasuk menandai, merekam, dan mengontrol fungsi seluler.

“Pekerjaan ini berada pada tujuan sentral ilmu saraf: Bagaimana Anda menemukan sistem neuron yang mendasari pemikiran atau proses kognitif? Ilmuwan saraf telah lama menginginkan alat jenis ini,” kata Alice Ting, profesor genetika di Fakultas Kedokteran Stanford dan biologi di Fakultas Humaniora dan sains, yang timnya ikut memimpin pekerjaan ini dengan laboratorium psikiater dan bioteknologi Stanford, Karl Deisseroth.

Dalam eksperimen pembuktian konsep, dirinci dalam makalah yang diterbitkan 11 Desember di Cell, para peneliti menggunakan FLiCRE untuk mengambil potret aktivitas saraf yang terkait dengan perilaku penghindaran pada tikus. Dengan menggabungkan snapshot FLiCRE dengan sekuensing RNA, mereka menemukan bahwa neuron yang diaktifkan ini terutama dimiliki oleh satu jenis sel, yang tidak dapat diakses dengan menggunakan alat genetik saja. Mereka kemudian menggunakan FLiCRE dalam kombinasi dengan opsin – protein untuk mengendalikan aktivitas saraf dengan cahaya yang dikembangkan oleh Deisseroth – untuk mengaktifkan kembali neuron yang sama sehari kemudian, yang membuat tikus menghindari memasuki ruangan tertentu. Wilayah otak yang dipelajari para peneliti, yang disebut nukleus accumbens, dianggap memainkan peran penting dalam penyakit kejiwaan manusia, termasuk depresi.

Teknologi molekuler modular

FLiCRE terdiri dari dua rantai komponen molekuler yang merespon keberadaan cahaya biru dan kalsium. Kepekaan cahaya ini memungkinkan para peneliti untuk secara tepat mengontrol waktu percobaan mereka, dan kalsium merupakan indikator aktivitas sel yang hampir universal. Untuk memasukkan FLiCRE ke dalam sel, para peneliti mengemasnya, dalam dua bagian, dalam virus yang tidak berbahaya. Salah satu bagian FLiCRE menempel pada membran sel dan mengandung protein yang dapat memasuki inti sel dan mendorong ekspresi gen apa pun yang dipilih para peneliti. Bagian lain dari FLiCRE bertanggung jawab untuk membebaskan protein dalam kondisi spesifik tertentu, yaitu jika konsentrasi kalsium tinggi dan sel bermandikan cahaya biru.

Sementara teknik penandaan yang ada membutuhkan waktu berjam-jam untuk diaktifkan, proses penandaan FLiCRE hanya membutuhkan beberapa menit. Para peneliti juga merancang FLiCRE sehingga mereka dapat menggunakan pengurutan genetik standar untuk menemukan sel tempat FLiCRE diaktifkan. Ini memungkinkan mereka mempelajari puluhan ribu sel sekaligus, sementara teknik lain cenderung memerlukan analisis beberapa gambar mikroskopis yang masing-masing berisi ratusan sel.

Dalam satu rangkaian percobaan, para peneliti menyuntikkan FLiCRE ke dalam sel di nukleus accumbens dan menggunakan opsin untuk mengaktifkan jalur saraf yang terkait dengan perilaku penghindaran pada tikus. Setelah kalsium dalam sel yang mengandung FLiCRE melonjak – indikasi seluler bahwa tikus sedang menghindari sesuatu – sel tersebut memancarkan warna merah permanen yang terlihat melalui mikroskop. Para peneliti juga mengurutkan RNA sel untuk melihat mana yang mengandung protein fluoresen, menghasilkan catatan aktivitas saraf sel demi sel.

“Satu tujuan adalah untuk memetakan bagaimana wilayah otak terhubung satu sama lain pada hewan hidup, yang merupakan masalah yang sangat sulit,” kata Christina Kim, seorang sarjana postdoctoral di bidang genetika di Stanford dan salah satu penulis utama makalah tersebut. “Keindahan FLiCRE adalah kita dapat berdenyut dan mengaktifkan neuron di satu wilayah dan kemudian merekam semua neuron hilir yang terhubung. Ini adalah cara yang sangat keren untuk melihat koneksi aktivitas otak jarak jauh.”

Pada percobaan selanjutnya, peneliti menggunakan peta aktivitas seluler dari percobaan pertama. Mereka juga menyesuaikan FLiCRE sehingga protein mengekspresikan protein opsin, yang dapat dikontrol oleh cahaya oranye untuk mengubah aktivitas neuron. Setelah mengaktifkan FLiCRE di dalam sel, para peneliti mengirimkan cahaya oranye melalui implan serat optik setiap kali tikus memasuki ruangan tertentu. Sebagai tanggapan, tikus tersebut menjauh dari ruangan itu, menunjukkan bahwa FLiCRE memang menemukan sel di otak yang mendorong perilaku menghindar.

Proyek impian

Pengembangan dan pengujian FLiCRE menggabungkan kimia, genetika, biologi dan ilmu saraf, dan banyak spesialisasi dalam disiplin ilmu tersebut. Hasilnya, alat tersebut memiliki berbagai kemungkinan aplikasi, termasuk di sel-sel di luar otak, kata para peneliti.

“Saya pindah ke Stanford pada tahun 2016 dengan harapan dapat melaksanakan proyek yang sangat interdisipliner dan kolaboratif seperti ini,” kata Ting. “Proyek ini telah menjadi salah satu aspek paling berharga dari kepindahan saya ke Stanford – melihat sesuatu yang menantang dan ambisius ini benar-benar berhasil.”

Para peneliti sekarang sedang mengerjakan versi FLiCRE tambahan, dengan tujuan untuk menyederhanakan prosesnya. Mereka berharap dapat menyederhanakan strukturnya dan juga membuatnya mampu bekerja dengan peristiwa biokimia lainnya, seperti interaksi protein atau pelepasan neurotransmitter.

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Universitas Stanford. Asli ditulis oleh Taylor Kubota. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP