Модель работы синапса с точностью до молекулы

Комментарий Валерии Прайд: В конце мая американский журнал Wired опубликовал потрясающую новость: составлена невероятно сложная модель, демонстрирующая 300 тысяч молекул белков, обеспечивающих функционирование единственного синапса. Для крионики это очередной шаг к будущему оживлению криопациентов - когда в подобном разрешении можно будет получить модель всего мозга криопациента, мы сможем перейти к следующему этапу - "составлению плана поломок". Ниже мы публикуем перевод оригинальной статьи на сайте Wired, сделанный порталом DailyTechInfo.

Всем известно, что основу "серого вещества" головного мозга составляют нейроны и синапсы. Если нейроны служат для хранения и обработки информации, то синапсы выступают в качестве "проводников", по которым сигналы проходят от одного нейрона к другому, подобно тому, как электрические сигналы проходят по металлическим проводникам. Головной мозг человека насчитывает триллионы синапсов, которые формируют нашу память, за счет формирования которых человек способен накапливать опыт и приобретать навыки. И недавно ученые создали подробную трехмерную модель единственного синапса, имеющую молекулярный уровень детализации и насчитывающую 300 тысяч молекул белков, задействованных в функционировании самого синапса.

Синапс чем-то походит на два причала, расположенные на разных берегах реки, через которую осуществляется интенсивное движение. В качестве перемещаемых по "реке" синапса грузов выступают определенные химические соединения, называемые нейротрансмиттерами. На "причалах" синапса молекулы нейротрансмиттеров упаковываются в специальные белковые оболочки и переправляются на другую сторону при помощи сложных биохимических процессов. В состав синапса входит около тысячи различных белков, и каждый тип белка задействован в выполнении определенных функций по передаче сигналов.

Ученые провели тщательные исследования транспортной системы синапса, результаты которых были опубликованы в одном из последних выпусков журнала Science. Взяв за образец синапс нервной ткани из мозга крысы, ученые использовали множество различных методов для идентификации, определения местоположения и выяснения функции белка каждого типа. Это привело к тому, что в созданная ими модель стала невероятно сложной, насчитывая в среднем 300 тысяч молекул белков разных типов.

Затем ученые отследили процесс превращения молекул некоторых белков в так называемые синаптические пузырьки, которые представляют собой крошечные контейнеры, заполненные нейротрансмиттерами. Эти пузырьки, достигнув необходимого местоположения в синапсе, распадаются, выпускают наружу молекулы нейротрасмиттеров и повторно используются для создания новых транспортных контейнеров.

На приведенном видеоролике различные типы белков выделены различными цветами. Анимация, представляющая молекулярную модель синапса, начинается с крупного плана, на котором видно окончание синапса, где красным цветом выделена так называемая активная зона, зона, где происходят процессы упаковки и высвобождения нейротрансмиттеров. Приблизительно на 55-й секунде перспектива переключается на "интерьер" синапса, где можно увидеть сферические синаптические пузырьки и невероятно сложные белковые "механизмы" обеспечивающие упаковку, транспортировку и распаковку контейнеров, содержащих нейротрансмиттеры. Но самым удивительным является то, что все представленное на модели пространство имеет размеры всего 40 нанометров, что в 2500 раз меньше толщины обычного листа бумаги.

И в заключение хочется посоветовать вам включить полноэкранный HD-режим при просмотре видеоролика для того, чтобы можно было оценить всю сложность модели и рассмотреть всю структуру синапса в самых мельчайших подробностях.