Optogenetik: Zelltypen, Maus und Sehhilfe
Über diese App
Ein Virus mit Promotor bringt Kanalrhodopsin nur in einen Zelltyp. Die Elektrode reizt alle Zellen um ihre Spitze, Licht nur die markierten. Ein Lichtleiter bewegt die Schnurrhaare einer Maus, und bei Retinitis pigmentosa macht ChrimsonR mit einer Lichtbrille Ganglienzellen lichtempfindlich.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Nur die richtigen Zellen
Im Gehirn liegen verschiedene Zelltypen dicht nebeneinander. Optogenetik erreicht gezielt einen davon: Ein Virus bringt das Gen für Kanalrhodopsin in die Zellen, und ein Promotor davor sorgt dafür, dass nur ein Zelltyp das Protein bildet, zum Beispiel CaMKIIα für erregende Pyramidenzellen. Eine Elektrode reizt dagegen alle Zellen um ihre Spitze. 2007 bewegten Forschende um Karl Deisseroth über einen Lichtleiter in der motorischen Hirnrinde die Schnurrhaare lebender Mäuse.
Was die App zeigt
Drei Szenarien: Hirngewebe mit Pyramidenzellen und Interneuronen, ein Virus mit Promotor und Gen, Elektrode und Lichtleiter im Vergleich mit Balken für die feuernden Zellen je Typ. Eine Maus mit Lichtleiter, deren Schnurrhaare dem Licht folgen, mit Kontrolle ohne Kanalrhodopsin. Und die Netzhaut bei Retinitis pigmentosa, in der ChrimsonR Ganglienzellen für oranges Licht empfindlich macht. Zellpositionen, Auslenkung und Netzhaut sind vereinfacht.
Selbst ausprobieren
Spritze das Virus und vergleiche Elektrode und Licht: Mit Licht feuern nur markierte Zellen. Wechsle den Promotor zu den Interneuronen. Spiele die Maus ab, auch ohne Kanalrhodopsin. In der Netzhaut schaltest du die Krankheit, die Gentherapie und das Licht und siehst, warum Tageslicht nicht reicht und erst die Lichtbrille ein Signal auslöst.
Häufige Fragen
- Wie bringt man Kanalrhodopsin nur in bestimmte Nervenzellen?
- Mit einem Virus als Genfähre und einem zelltypspezifischen Promotor. Das Virus gelangt in viele Zellen, abgelesen wird das Gen aber nur dort, wo der Promotor aktiv ist. Häufig nutzt man auch Mauslinien, die das Enzym Cre nur in einem Zelltyp bilden, zusammen mit einem Cre-abhängigen Virus.
- Kann Optogenetik Blinden helfen?
- Teilweise. 2021 berichteten Sahel, Roska und Kollegen in Nature Medicine von einem Mann mit Retinitis pigmentosa, dem ein Virus mit dem Gen für ChrimsonR ins Auge gespritzt wurde. Mit einer Brille, die Lichtpulse auf die Netzhaut projiziert, konnte er Gegenstände wahrnehmen, finden und zählen. Scharfes oder farbiges Sehen entsteht so nicht; weitere Studien laufen.
- Was zeigte das Experiment mit den Mäusen 2007?
- Aravanis, Deisseroth und Kollegen brachten Kanalrhodopsin in Zellen der motorischen Hirnrinde und führten einen Lichtleiter durch ein kleines Loch im Schädel. Blaues Licht bewegte die Schnurrhaare. Damit war Optogenetik im Gehirn lebender Säugetiere angekommen.
- Was kann ich in dieser App ausprobieren?
- Du wählst den Promotor, spritzt das Virus, reizt mit Elektrode oder Licht, spielst die Maus mit und ohne Kanalrhodopsin ab und schaltest in der Netzhaut Krankheit, Therapie und Licht. Ein Erklärmodus führt durch alle drei Szenarien.
Fach: Biologie & Neurowissenschaften
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