Zvětšit obrázek

Nejchytřejší z potkanů Hobbie-J dostal jméno podle znaku v čínštině. (Kredit: Medical College of Georgia)

Myší „super Jordan“
Velmi chytří potkani kmene Long Evans  si pamatují cestu bludištěm ke kousku čokolády celou minutu. Po úpravě dědičné informace, která je přemění na kmen  Hobbie-J, najdou cestu za pochoutkou i po třech minutách. Podobně zdatně si vedou zvířata kmene Hobbie-J i ve „vodním bludišti“.

Zvětšit obrázek

Spisovatel Daniel Keyes (1959) dal ve své povídce vznik zvláště chytré myši jménem Algeron.

Nádrž  se zakalenou vodou skrývá v jednom místě pod hladinou malou plošinu, na kterou může potkan vylézt a odpočinout si od namáhavého plavání. Napoprvé narazí na plošinu jen náhodou. Její polohu si zapamatuje podle značek umístěných na stěnách nádrže a při druhé nedobrovolné koupeli už těží ze vzpomínek. Hobbie-J vyhledá plošinu dvakrát rychlejší než potkani Long Evans. Potkan s upravenou dědičnou informací nezaváhá, ani když vědci ze stěn nádrže některé orientační značky odstraní. Potkani kmene Long Evans v této situaci začnou bloudit.. Genetická modifikace zvýšila beztak úctyhodný „intelekt“ potkanů Long Evans  na úroveň, která se zdá vědcům až neskutečná.

„Je to jako kdybyste vzali basketbalistu Michaela Jordana a proměnili jej na super Jordana,“ říká Wang.
„Matematiky ale z těchto potkanů nikdo neudělá,“ poukazuje na limity potkanů Hobbie-J vedoucí výzkumného týmu Joe Tsien. „Jsou to pořád jen potkani.“
Americko-čínský tým předtavil potkany Hobbie-J v prestižním vědeckém časopise PLoS ONE.

Omlazený mozek
Potkani Hobbie-J vděčí za své „zmoudření“ celkem jednoduchému zásahu do dědičné informace. Tsien a jeho spolupracovníci spojili gen kódující bílkovinu NR2B s částí genu pro kalmodulin-dependentní kinázu II. Tento „hybridní“ gen pak vnesli do dědičné informace raného potkaního embrya. Po přenosu do dělohy náhradních matek se ze zárodků narodili potkani, kteří mají zvýšeno produkci bílkoviny NR2B v těch místech mozku, kde obvykle vznikají velká množství kalmodulin-dependentní kinázy II, tedy v mozkové kůře a oblasti zvané hipokampus.

Zvětšit obrázek

Ppřední mozek geneticky upravených chytrých potkanů (Tg) se od mozku divokých potkanů (Wt) liší v expresi NR2B genu. (Kredit: Medical College of Georgia)

Tyto části mozku jsou důležité pro ukládání informací do paměti.
Bílkovina NR2B je součástí kanálu, kterým proudí mezi nervovými buňkami ionty. Kanál se otevře mezi dvěma neurony, když jsou obě buňky  podrážděny ve stejný okamžik. Díky tomuto průtoku iontů si nervový signál „prošlapává cestičku“ mozkem. Příště už proběhne vzruch po stejné dráze mnohem snáze a rychleji.

Zvětšit obrázek

Biolog Joe Tsien z Princetonu (1999) stvořil GM myš Doogie, která svými schopnostmi strčila Algeron hravě do kapsy.

Právě toto „prošlápnutí cestičky“ je základem vzpomínky na informaci uloženou do paměti. Vzruchy, které proběhly mozkem potkana při hledání čokolády v bludišti, cestují při druhé výpravě do stejného bludiště mezi  stejnými neurony s menšími obtížemi. Proto zvíře nemá problém s orientací.
V iontovém kanálu může bílkovinu NR2B nahradit velmi podobná bílkovina NR2A. V její přítomnosti se ale kanál uzavírá pro tok iontů o zlomek sekundy rychleji. „Prošlápnutí cestičky“ není tak důkladné a vybavení vzpomínky je pak obtížnější. Joe Tsien vyšel z faktu, že v mozku novorozenců převažuje v iontových kanálech bílkovina NR2B. Ta s postupujícím věkem mizí a je nahrazována bílkovinou NR2A. Proto mají děti i mláďata zvířat „hlavy otevřené“ a proto s postupujícím věkem schopnost učit se a pamatovat si  klesá. Potkan Hobbie-J má díky zvýšené produkcí bílkoviny NR2B omlazený mozek.

Doogie a spol.
Už v roce 1999 využil Joe Tsien zvýšenou produkci bílkoviny NR2B k posílení výkonnosti mozku u laboratorních myší. Vytvořil kmen myší označovaný jako Doogie. Ty vynikaly nad obyčejnými myšmi například pamětí nebo orientací v prostoru. V některých testech dosahovaly až pětkrát lepší výsledky než myši s normální produkcí bílkoviny NR2B v mozku. Dnes znají vědci asi tři desítky různých zásahů do dědičné informace, které mají u laboratorních myší za následek zvýšení „intelektu“. Myši „zmoudří“ například po potlačení funkce genu pro kalcineurin, po vyblokování genu Cdk5 nebo naopak posílením činnosti genu Hras.

Kmeny chytrých myší a potkanů, jako je Doogie nebo Hobbie-J, neslouží vědcům jako odrazový můstek k cílené tvorbě lidských géniů. Jsou to vynikající modely, s jejichž pomocí vědci odhalují tajemství funkcí mozku. Než představil Joe Tsien světu myš Doogie, byl mezi vědci hojně rozšířen názor, že mozek byl evolucí doveden k dokonalosti a umělým zásahem nelze jeho činnost vylepšit. Poznatky získané studiem mozku Doogie nebo Hobbie-J by mohly pomoci k hledání léků na Alzheimerovu chorobu a další typy demencí.

Zvětšit obrázek

Doogie

Na myších a potkanech s upravenou dědičnou informací můžeme také sledovat nežádoucí vedlejší efekty, které by při nových typech léčby hrozily. Například myši, které vděčí za výkonnější mozek zvýšené činností genu Hras, jsou výrazně náchylnější k nádorovým onemocněním.

Zvětšit obrázek

Schopnost přizpůsobovat se souvisí s produkcí bílkoviny NR2B. Ta se v mozku novorozenců vyskytuje ve zvýšeném množství. V dospělém životě je tato bílkovina nahrazována bílkovinou NR2A. Poznání těchto procesů je příslibem léčby poraněných hlav, páteří, degenerativních změn,...

Myši, kterým zvýšilo výkonnost mozku vyblokování genu pro kalcineurin, jsou ustrašené a  trpí stresem. Na vině je právě jejich vylepšená paměť. Nedovedou vyhnat z hlavy nepříjemné zážitky a neustále  se bojí.

Pomůže hořčík?
„Neexistuje posílení mozku bez vedlejších účinků,“ řekl v rozhovoru pro vědecký týdeník Nature přední neurolog a laureát Nobelovy ceny Eric Kandel z newyorské Columbia University. „Často nám trvá celé roky, než odhalíme celé spektrum negativních vedlejších účinků. Tyhle myši nám pomáhají některá rizika odstranit. Ale momentálně by byly takové zákroky u člověka stále ještě velmi riskantní.“

Joe Tsien si je toho vědom. Jeho tým pokračuje ve výzkumu efektu zvýšené produkce bílkoviny NR2B. Soustředí se na zvířata s mnohem komplexnějším chováním a složitějším mozkem. Momentálně se snaží získat chytřejší psy. Zároveň věnují Tsienovi spolupracovníci velkou pozornost alternativnímu přístupu. Prokázali, že pokud se v mozku zvýší hladiny iontů hořčíku, reagují na to neurony zvýšenou produkcí bílkoviny NR2B. A tak je možné, že se k lepší paměti a výkonnějšímu mozku nakonec nepropracujeme pomocí zásahů do lidské DNA ale výživou s vyváženým zastoupením minerálních prvků.

Prameny: PLoS ONE
Medical College of Georgia