Agykutatás futószalagon

A közelmúltban elkészült az egér teljes genetikai állományát, a teljes egérgenomot lefedő agy-atlasz. A bárki számára szabadon elérhető adatbázis jól példázza, hogy a fejlett informatikai technológia hogyan segítheti az élettudományi alapkutatásokat. Az eredmények várhatóan nagyot lendítenek az emberi agykutatáson is.

Az ember és számos más faj genetikai állományának szekvenálása (az alkotórészek sorrendjének meghatározása) után az agykutatásban is beköszöntött az "ipari forradalom" kora. A teljes egérgenomot (mintegy 21 500 gént) lefedő Allen Brain Atlas már tavaly szeptemberben elkészült (és azóta szabadon hozzáférhető: www.brainatlas.org), ám az azt ismertető cikk csak idén januárban jelent meg a Nature hasábjain.

Az atlasz elkészítésének célja az volt, hogy az egérgenom ismeretében meghatározzák az egyes gének kifejeződésének pontos helyzetét az agyon belül. Egy ilyen méretű vállalkozás nem indulhatott volna el egyes kutatócsoportok önálló munkájaként, csakis széles körű összefogással és hatalmas pénzösszeg bevonásával. A munka 2003-ban kezdődött, Paul Allen, a Microsoft társalapítója és az általa adományozott 100 millió dollár segítségével (z ő nevéhez fűződik a SpaceShipOne, vagyis az első magántőkéből épített űrhajó is).

A projekt méreteit jól szemlélteti, hogy a 21 500 gén lefedéséhez összesen mintegy 6000 egér agyát dolgozták (szeletelték) fel, 25 mikrométeres szeletekre (a mikrométer a milliméter ezredrésze). Végül összességében egymillió agyszelet született. Ezeket aztán az in situ hibridizáció nevű eljárás automatizált változatával (melynek lényege az, hogy a génekről átíródó, a fehérjék termeléséhez szükséges hírvivő RNS-molekulákat azok születési helyén teszi láthatóvá) megfestették, majd az összeset lefényképezték (szintén automatizált módon). Összesen 85 millió kép készült el, melyek mérete együttesen meghaladja a 600 terabyte-ot. A munkálatok "iparosodott" jellegére jellemző, hogy a munka legjavát a fehér köpenyes kutatók helyett ezúttal bonyolult gépek végezték, az élő szövetszeleteket digitális információvá "alakítva".

Az Allen Brain Atlas (ABA) jóvoltából bárki szabadon böngészheti, hogy az egyes gének hol, mely sejtekben fejeződnek ki (mely sejtekben aktívak) az agyon belül. A weboldalon keresni lehet agyterület, gén vagy gének kombinációja alapján, továbbá direkt linkek mutatnak a világ számos génbankja felé, így egyszerűen elérhető az egyes génekről rendelkezésre álló további információ is. Az atlasz rendelkezik egy háromdimenziós képszerkesztővel is, melynek segítségével láthatóvá tehető a kifejeződött gének térben elfoglalt helyzete. Az Allen Brain Atlas tehát nem annyira hagyományos enciklopédiákhoz hasonlít, sokkal inkább a Google Earth-re emlékeztet. Az atlaszt David Anderson, a projektben részt vevő egyik tudós ahhoz hasonlította, mintha a földfelszín felett repülve nemcsak a domborzatot látnánk, hanem a felszín alatt az összes ásványkincs lelőhelyét is megismernénk.

A projekt máris szolgált meglepetéssel az agykutatók számára: kiderült ugyanis, hogy a vártnál jóval több gén (az összes gén mintegy 80 százaléka) kifejeződik az agyban. A többi szövettípus esetében nem valószínű, hogy ilyen magas lenne ez az arány, hiszen ezeknek nincs szükségük a számtalan idegsejt-specifikus génre (melyek a neuronok rendkívül bonyolult működéseihez kellenek). Az egyes idegsejtek ezzel szemben a géneknek csak mintegy 15 százalékát fejezik ki, lehetővé téve a neuronok hihetetlen sokféleségét (elméletileg ez a génexpressziós változékonyság 104000-féle különböző neuron létrejöttét teszi lehetővé).

A másik fontos tanulság, hogy a gének túlnyomó többségének expressziója (kifejeződése) nem korlátozódik egy-egy jól körülhatárolható agyterületre, vagyis nem meglepő, hogy a precíz támadáspontú gyógyszerek nem csak egy agyterületre hatnak.

Az atlasz valódi ereje abban rejlik, hogy pontos anatómiai helyzetet rendel az egyes génekhez. Mivel az ember és az egér genetikai információi körülbelül 95%-ban megegyeznek, az atlasz alapján megszülető kutatási eredmények nagyon fontos információkkal szolgálnak az emberi agykutatáshoz is.

Az atlasz legnagyobb hiányossága, hogy nem lehet tudni, mely gének fejeződnek ki együtt, egy sejtben, hiszen minden metszeten csak egy gén jelenlétét tesztelték. Ehhez az összes sejtről el kellene dönteni, hogy a 21 500 gén közül melyeket fejezi ki, és melyeket nem. Ez viszont egy több százmilliószor ekkora projekt volna, ami mai eszköztárunkkal megvalósíthatatlan.

Mindezek ellenére az atlasz megszületése az idegtudomány új korszakának kezdőpontját jelentheti. A közeljövő terveiben az emberi agykéreg, valamint a különböző korú embrionális egéragy hasonló feldolgozása szerepel.

Markó Károly