Михаил Аркадьевич, я был в свое время поражен, прочитав слова нобелевского лауреата, испанца Рамона-и-Кахаля, что сетчатка глаза - это часть мозга, вынесенная в глаз. Природа за миллионы лет создала удивительный инструмент, по сложности уступающий разве что самому мозгу. Давайте в самых общих чертах напомним, как глаз работает, как мы видим.
Михаил Островский: Можно только поразиться провидению испанского ученого. Ведь сегодня, чтобы изучать мозг, многие ученые изучают именно сетчатку. Она, как пирожное "Наполеон", состоит из нескольких слоев. Первый - светочувствительный, два других - нервные клетки. Они называются биполярные и ганглиозные.
Главный для зрения слой - первый. Это знакомые нам из школьного курса зрительные клетки, палочки и колбочки. Они содержат светочувствительное вещество, белок родопсин. Именно он реагирует на приход кванта света, поглощая его. А дальше вступает в дело сложнейшая биохимическая машинерия. Удивительное творение природы! Она выдает электрический ответ всего на один квант света. Это предел физики! Сигнал в светочувствительном слое усиливается примерно в 100 тысяч раз! Отсюда он отправляется в нервные клетки глаза, а затем в мозг, где формируется зрительный образ.
И все же давайте проясним, почему сетчатка - это часть мозга.
Михаил Островский: Потому, что в ней, точнее, в ее нервных клетках происходит сложнейшая обработка первичной зрительной информации, ее кодирование. Именно в таком виде она уходит в мозг. Так работает глаз, если с сетчаткой все в порядке. А вот если при ее заболеваниях погибают клетки светочувствительного слоя, то наступает слепота. Еще недавно она считалась приговором, но сейчас появился шанс вернуть зрение.
Как я понимаю, благодаря молодой и модной сегодня оптогенетике. В чем идея?
Михаил Островский: Вначале несколько слов про оптогенетику. Эта технология родилась всего 15 лет назад на стыке оптики и генетики и сейчас бурно развивается. Несмотря на молодость, она уже произвела революцию в исследованиях, как работает здоровый и больной мозг. Но, увы, речь о лечении заболеваний не идет. Дело в том, что для этого свет требуется доставить в мозг, а значит, сверлить в нем отверстие, куда вставляется световод. Единственная область медицины, в которой методы оптогенетики могут дойти до клиники, это офтальмология. Ведь свет в клетки сетчатки глаза попадает естественным путем.
А теперь - в чем идея борьбы со слепотой? При заболеваниях сетчатки, когда светочувствительные зрительные клетки погибли, следующие за ними нервные клетки остаются здоровыми. Так вот, надо сделать их светочувствительными! Попробовать "вставить" в них тот самый светочувствительный белок родопсин.
Еще недавно такие трюки были из области фантастики, сейчас в генетике они стали реальностью. Берется безвредный для организма вирус, который используется как транспорт. На него навешивается ген родопсина и ещё элемент, который заставляет этот ген прийти по конкретному адресу - в нервные клетки. И когда на них попадает свет, они выдают импульсы, которые идут в мозг.
И глаз прозревает! Со слепотой покончено? Все так просто?
Михаил Островский: Если бы... Мы говорили, что обработка информации, ее кодирование происходит в нервных клетках сетчатки. Так вот, когда мы их делаем светочувствительными, то они напрямую посылают импульсы в мозг, и никакой обработки информации уже нет.
Но что же тогда в этом "шуме" можно увидеть? То есть исследования завели в тупик?
Михаил Островский: Не совсем. Шанс на выход есть, и его дает сам мозг. Этот удивительный орган обладает поразительной пластичностью, которая позволяет ему находить выход в самых сложных ситуациях. Известны многочисленные случаи, когда при поражении каких-то зон и даже целого полушария мозг сумел перестроиться, здоровые его области брали на себя утраченные функции.
Так вот, оказалось, что и в нашем случае, благодаря пластичности мозга, он сможет использовать необработанную в нервных клетках глаза информацию. И это было показано в экспериментах на слепых мышах. Им ввели ген родопсина, и они прозрели, смогли выбраться из сложного лабиринта. А в зонах мозга, ответственных за зрение, появилась электрическая активность.
Но у мышки не спросишь, что ты видишь...
Михаил Островский: Верно. Поэтому мировой сенсацией стал в 2021 году эксперимент, который провели швейцарские и французские ученые. Они встроили слепому человеку ген родопсина, и он стал видеть. Вначале смог разглядеть пешеходный переход и сосчитать количество белых полос. Позже увидел тарелки, кружки, телефон, предметы мебели в комнате, двери в коридоре и т.д. Это первый в мире факт частичного восстановления зрения с помощью оптогенетики.
Дорога к прорыву, к клинике была открыта?
Михаил Островский: Но не все так просто. Дело в том, что в глаз был введен ген родопсина не человека, а одноклеточной водоросли. С ней особая история, она связана с российским ученым Андреем Сергеевичем Фаминцыным. Она очень поучительна для науки. Вообще наши ученые сыграли важнейшую роль, чтобы оптогенетика появилась. Но об этом позже.
Так вот, у мыши этот родопсин из водоросли хотя и обладал светочувствительностью, но она была очень низкая. Не буду вдаваться в подробности. Чтобы человек видел, ученым пришлось сделать сложнейшую и массивную систему в виде "очков", которая усиливала сигнал. О ее массовом применении речи быть не может.
А зачем вообще усложнять, связываться с какой-то водорослью? Почему бы не взять ген человеческого родопсина?
Михаил Островский: Да, вроде бы такой вариант очевиден. Но вся оптогенетика началась с гена водоросли. И большинство нейробиологических исследований, в том числе и в офтальмологии, с ней и продолжаются. Но сейчас наметился переход к родопсину палочек и колбочек сетчатки глаза. Принципиально важно, что у него в 1000 раз более высокая чувствительность к свету, чем у родопсина водоросли. Поэтому не требуется специальный сложный усилитель. Главное, что выяснилось и на экспериментальных животных, а теперь и на человеке, - такая технология в принципе работает. Её совершенно необходимо дальше разрабатывать и усовершенствовать.
Так уже можно переходить к клинике?
Михаил Островский: До нее еще далеко. Необходимы дальнейшие генно-инженерные работы, фундаментальные исследования на животных, чтобы довести до клинических испытаний зрительный родопсин.
И все же как вы оцениваете, когда эта технология может появиться в клиниках?
Михаил Островский: Сейчас она на начальной стадии, но главное, что понятен сам принцип и его перспективность. Исследования в мире в этом направлении активно ведутся. Это, можно сказать, сейчас "горячая точка" на пути приложения методов оптогенетики в клинике и, естественно, хотя бы частичного возвращения зрения слепым людям. Думаю, реально в клиниках эта технология может появиться лет через пять.
Вряд ли человек сможет читать или работать на компьютере, но будет различать обстановку в квартире, а на улице - автомобили и пешеходные переходы. А главное - увидит людей.
На какой стадии такие работы у нас?
Михаил Островский: Ситуация такая. Под этот проект мы имели грант минобрнауки. Совместно с академиком Михаилом Кирпичниковым нам удалось тогда собрать хорошую междисциплинарную команду. В ней были генные инженеры, физиологи - сотрудники нашего института, Института биоорганической химии РАН, Института высшей нервной деятельности РАН, биофака МГУ. Важный итог исследований: после введения естественного, зрительного родопсина в нервные клетки сетчатки слепой мышки она смогла найти правильный путь в лабиринте. Это значит, что она стала что-то видеть.
Но грант закончился, а новый нам не выделили. Что дальше? Трудно сказать...
Вы хотели подробнее рассказать о роли наших ученых в появлении оптогенетики.
Михаил Островский: Все началось 160 лет назад, когда российский ученый академик Андрей Сергеевич Фаминцын, занимаясь одноклеточными водорослями, обнаружил, что они реагируют на свет, даже плывут к нему. Прошло еще около ста лет, и в конце 70-х годов прошлого века профессор МГУ Феликс Федорович Литвин, наблюдая за этими водорослями, установил, что их движением управляет светочувствительный белок родопсин. Эта работа была опубликована в престижном журнале Nature. Затем этот родопсин зеленой водоросли исследователи в других странах превратили в инструмент оптогенетики - нового метода, позволяющего с помощью света управлять работой живой клетки, в первую очередь, нервной клетки.
На что хочу обратить особое внимание? Работы и Фаминцына, и Литвина, и потом многих других ученых, казалось бы, никакого отношения к практической жизни не имели. Возились с какой-то водорослью... Что от нее, как у нас говорилось, народному хозяйству? Так вот, это типичный пример удовлетворения собственного любопытства за государственный счет. Погоня за знанием, по моему глубокому убеждению, является основой настоящей фундаментальной науки.
По данным Международного агентства по профилактике слепоты, сегодня примерно 284 миллиона жителей Земли имеют те или иные нарушения зрения, около 39 миллионов из них полностью его лишены. Более четверти от всего количества слепых людей страдают от нейродегенеративных заболеваний сетчатки, когда гибнут зрительные клетки. В России количество незрячих и слабовидящих превышает 210 тысяч человек. По прогнозу, в ближайшие десятилетия эти цифры в мире будут существенно расти. Уже сейчас ежегодно примерно 45 тысяч человек становятся инвалидами из-за проблем со зрением. Из них более половины - дети и подростки в возрасте до 18 лет.