Sciencemag.cz
Doporučujeme
Umělá inteligence a genetické inženýrství umožnily navrhnout systém, který dokáže serotonin v mozku sledovat s nebývalou přesností.
Serotonin, jeho přenášení po nervových vláknech i různé změny jeho hladin zásadním způsobem ovlivňují fungování mozku včetně nálady. Na metabolismus serotoninu cílí moderní antidepresiva i některé drogy. Málem si myslíme, že „serotonin = dobrá nálada“, „čím více, tím lépe“, i když takový přístup je samozřejmě hodně zjednodušený; mozek má různé části, takže koncentrace serotoninu bude fungovat různě podle místa a znamenat něco jiného – a tak dále. Abychom mechanismům porozuměli přesněji, musíme ale především umět měřit.
Výzkumníci financovaní americkým National Institutes of Health navrhli v časopisu Cell právě takový senzor. Preklinické experimenty především na myších ukázaly, že dokáže v reálném čase zachycovat jemné změny koncentrace serotoninu během spánku, strachu, sociálních interakcí i psychoaktivních látek. Studii vedla Lin Tian z University of California v Davisu.
Základem senzoru je upravený bakteriální protein OpuBC, který při kontaktu se serotoninem vykazuje fluorescenci. Již dříve jiní výzkumníci vyrobili z tohoto bakteriálního proteinu senzor pro další neurotransmiter, acetylcholin. To však nebylo tak těžké, protože OpuBC normálně slouží k zachycování cholinu. Aby se tento protein namísto toho vázal na serotonin, bylo třeba ho podstatně modifikovat. Právě v této fázi vstoupila do hry umělá inteligence, respektive strojové učení. Výsledkem je senzor, který na různých úrovních i místech mozku detekuje serotonin, aniž by přitom reagoval na jiné neurotransmitery nebo léky s podobným tvarem molekuly. Vše bylo již otestováno na mozkových řezech laboratorních myší i na buňkách v Petriho miskách. Senzor dokáže zachytit pohyby serotoninu mezi neurony po synapsích i změny těchto signálů v různých situacích – testovány byly vlivy způsobené MDMA (extází), kokainem či antidepresivy.
Poté došlo i k experimentům s živými myšmi. Ihned byl viditelný růst serotoninového signálu po probuzení a pokles při usnutí. Ještě větší pokles pak nastal při prohloubení spánku do fáze REM. Dosavadní metody sledování serotoninu takové změny v reálném čase sledovat nedokážou. Když myši dostaly strach (zvonek spojený jinak s dalšími nepříjemnými podněty), koncentrace serotoninu rostla ve dvou částech/„obvodech“ – ve střední prefrontální kůře (rychle a hodně) a v bazolaterální části amygdaly (pomalu a mírně). Z toho je hned patrné, proč se nedá univerzálně říct, že čím více serotoninu, tím lépe (ani subjektivně).
Elizabeth K. Unger et al, Directed Evolution of a Selective and Sensitive Serotonin Sensor via Machine Learning, Cell (2020). DOI: 10.1016/j.cell.2020.11.040
Zdroj: National Institutes of Health/MedicalXpress.com a další
