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Il sequenziamento del DNA potrebbe mappare il cablaggio del cervello
I neuroscienziati intendono utilizzare un virus che trasporta il DNA da neurone a neurone, combinato con la tecnologia di sequenziamento del DNA, per capire come è cablato il cervello del topo, cellula per cellula.
Il progetto proposto da Antonio Zador e altri a Laboratorio di Cold Spring Harbor a New York, tuttavia, offre un modo più economico e veloce per mappare le conversazioni da neurone a neurone che si verificano nel cervello e potrebbe far luce su disturbi tra cui l'autismo o la schizofrenia.
Lo sforzo sarebbe un'entusiasmante aggiunta al fiorente campo dei progetti di connettoma - sforzi di ricerca per mappare le connessioni neurali nel cervello - afferma Amy Bernard, direttore di Structured Science presso il Allen Institute for Brain Science a Seattle. Fondamentale per comprendere qualsiasi fondamento di malattia o funzione è innanzitutto comprendere l'elenco delle parti: cosa sono tutte le cellule e come si adattano insieme, afferma Bernard.
I sintomi di molti disturbi e malattie del cervello, in particolare condizioni poco conosciute come l'autismo o la schizofrenia, potrebbero derivare da connessioni anormali nel cervello. Si pensa in gran parte che queste malattie possano avere un impatto sullo schema elettrico del cervello. Comprendere la versione normale ci aiuterà a capire quando non è collegata correttamente e cosa potrebbe essere sbagliato, afferma Bernard.
La maggior parte dei progetti di connettoma si basa sull'ispezione visiva della struttura del cervello con l'aiuto di coloranti e microscopi per il tracciamento dei neuroni. Questi metodi consentono agli scienziati di vedere come le principali strade neuronali collegano un'area del cervello a un'altra, ma non consentono una visione ravvicinata delle sinapsi (l'intersezione di due neuroni in cui vengono scambiate le informazioni). Metodi di microscopia più intensivi consentono visualizzazioni ad alta precisione delle sinapsi, ma il processo richiede tempo e denaro. Dati i miliardi stimati di sinapsi in un cervello di topo, un metodo più veloce e ad alto rendimento potrebbe accelerare la nostra comprensione di come i neuroni parlano tra loro nel cervello dei mammiferi.
In PLOS Biologia questa settimana, la squadra descrive un metodo in cui piccoli frammenti di DNA vengono passati da un neurone all'altro come parte di un virus. Ogni neurone è etichettato con un codice a barre del DNA univoco, una manciata di lettere o basi del DNA in un ordine specifico che sarà unico per ciascun neurone. Con solo 20 lettere, il team può etichettare in modo univoco un trilione di neuroni, molti di più di quelli che esistono nel cervello di un topo.
Progettiamo il virus per spostare i codici a barre attraverso le sinapsi, quindi ora ogni neurone diventa un sacchetto di codici a barre, contenente copie del proprio codice a barre e copie di tutti i neuroni che parlano con esso, afferma Zador.
Una volta che il virus ha trasportato i codici a barre da un neurone all'altro, verrà utilizzato un altro trucco biologico moderno per mappare le connessioni. Il team raccoglierà il DNA dal cervello e metterà in sequenza i codici a barre combinati. I computer individueranno quindi quali neuroni hanno scambiato i codici a barre tra loro.
Questa strategia è davvero interessante, soprattutto perché il costo del sequenziamento sta diminuendo, afferma Bernard. Non ti fornirà le informazioni sull'intero cervello e sull'intera struttura su cui si stanno concentrando alcuni degli altri progetti di connettoma, ma fornirà invece una visione più ravvicinata delle connessioni del cervello.
Zador spera che i dati del connettoma del suo team aiuteranno gli scienziati a mettere a punto le loro ipotesi su come funziona il cervello fornendo loro i dati su come è cablato.
In questo momento, la nostra conoscenza dei circuiti è così rudimentale che [le ipotesi sono] in gran parte non vincolate, afferma Zador. Quando i ricercatori hanno un'idea di come funziona il cervello, non hanno modo di verificare facilmente se il cablaggio del cervello è compatibile con la loro ipotesi. Una delle mie maggiori speranze è stata quella di poter [migliorare] la nostra comprensione dei circuiti fino a un punto in cui potremmo fare progressi molto più rapidi nella comprensione del modo in cui i cervelli calcolano.