Greg Gage: It's an age-old pursuit of all parents, getting their kids to eat their vegetables. But getting them to eat cookies or ice cream is relatively easy, and that's because our brains prefer sweetness. Now, there's a new technology called optogenetics which may be able to trick our taste buds, for instance preferring vegetables over sweets. We're going to try this today using fruit flies.
Грег Гейдж: Все родители хотят, чтобы их дети ели овощи. Однако с печеньем и мороженым никаких трудностей не возникает. А всё потому, что наш мозг предпочитает сладкое. Возможно, новая технология под названием оптогенетика может перехитрить наши вкусовые рецепторы, в том числе формируя предпочтение овощей сладкому. Сегодня мы протестируем это на мухах-дрозофилах.
[DIY Neuroscience]
[Нейронаука на дому]
The reason why we experiment with fruit flies is they have a small enough nervous system that gives us a fighting chance to really understand what's going on. And believe it or not, their taste buds are very similar to ours. But before we try to manipulate their taste preferences, we need to establish: What is the baseline of the fruit fly? What does it prefer? We call this a control experiment. Spencer's been hard at work doing this.
Мы используем дрозофил, потому что их нервная система достаточно мала, что даёт нам хороший шанс подробно разобраться в том, что происходит. И не поверите, их вкусовые рецепторы очень похожи на наши с вами. Но прежде чем манипулировать их вкусовыми предпочтениями, необходимо определить точку отсчёта. Что предпочитают дрозофилы? Это называется контрольным экспериментом. Спенсер как раз над этим работает.
OK, Spencer, let's do our first experiment. We want to test to see if fruit flies prefer bananas or broccoli. So what do we need?
Итак, Спенсер, давай проведём первый эксперимент. Мы хотим узнать, что нравится мухам больше — банан или брокколи. Что нам для этого нужно?
Spencer Brown: So we need the fly pad, which is basically an iPad for flies. It measures the touch.
Спенсер Браун: Нам нужен FlyPad, это своеобразный iPad для мух. Он измеряет прикосновения.
GG: You put a fly in each chamber?
ГГ: В каждом отсеке по мухе?
SB: Yeah. Inside, we'll offer them banana and broccoli to see which one they prefer.
СБ: Да. И мы предлагаем им банан и брокколи, чтобы узнать, что они предпочтут.
GG: In order to count how many times the fruit fly eats a banana versus the broccoli, these chambers have been outfitted with a small electrode that sends data to a computer. And so what were your findings on banana versus broccoli?
ГГ: Чтобы подсчитать, сколько раз дрозофила ест банан, а сколько — брокколи, эти отсеки оснащены небольшими электродами, отправляющими данные в компьютер. И какие выводы ты сделал в связи с бананом и брокколи?
SB: I found that the flies visited banana the most.
СБ: Я выяснил, что мухи в основном ели банан.
GG: Both were there, but like most kids, they choose not to eat the broccoli, and they go switch to something sweeter.
ГГ: Там было и то, и другое, но они, как многие дети, не хотели есть брокколи, а выбирали кое-что послаще.
GG: Now a quick background on how taste works.
СБ: Да, именно так.
Taste buds are made up of specialized neurons called taste receptors. When we eat something that triggers a particular taste, those taste neurons will fire a signal to the brain. This allows our brain to know what's sweet and what's bitter. So when a fruit fly eats a banana, its sweet taste neurons will fire. But when it eats broccoli, those same neurons stay pretty quiet. But what if we could force those sweet-tasting neurons to fire every time the fruit fly eats broccoli? We may be able to get the fruit fly to like broccoli as much as banana.
ГГ: Небольшое примечание о вкусовых ощущениях. Вкусовые луковицы состоят их особых нейронов, называемых вкусовыми рецепторами. Когда мы едим что-то с определённым вкусом, эти вкусовые нейроны посылают сигнал в мозг. Так наш мозг узнаёт, что сладкое, а что — горькое. Когда дрозофила ест банан, срабатывают нейроны сладости, а когда она ест брокколи, эти нейроны бездействуют. Что, если мы сможем активировать нейроны сладости всякий раз, когда муха ест брокколи? Возможно, нам удастся заставить муху полюбить брокколи так же, как банан.
Enter optogenetics. This is the revolutionary new tool that's taking neuroscience by storm, and in this case, "opto" means light and "genetic" refers to the fact that these fruit flies have been modified to contain a special gene that makes only certain neurons respond to light. In our case, we've added the special gene to the sweet taste receptors.
На помощь приходит оптогенетика. Это новое средство, которое мгновенно стало популярно в нейронауке. «Опто» значит «свет», а «генетика» указывает на то, что гены мух были изменены и содержат особый ген, отвечающий за то, что только определённые нейроны реагируют на свет. В данном случае мы добавили особый ген во вкусовые рецепторы сладости.
Now here's the fun part. Optogenetics means that we can control these special neurons whenever they're exposed to a bright-colored light, causing them to send messages to the brain. In this experiment, we're going to have these modified fruit flies choose between banana and broccoli again, only this time, every time the fruit fly eats the broccoli, we're going to trigger a big bright red light. And when the channels see that red light, they're going to open up, and they're going to cause that neuron to fire, and the sweet taste message will be sent to the brain.
А теперь самое интересное. Оптогенетика позволяет нам контролировать эти особые нейроны, когда они находятся под воздействием яркого света, посылая сигналы в мозг. В ходе этого эксперимента наши изменённые дрозофилы будут опять выбирать между бананом и брокколи, только теперь всякий раз, когда муха будет есть брокколи, будет включаться яркий красный свет. При вспышке света каналы будут открываться, нейроны будут активироваться, и в мозг будет отправляться сигнал о сладком вкусе.
How do you get them out?
Как ты их извлекаешь?
SB: So we're going to be using a mouth aspirator, so it's just two straws put together.
СБ: Я использую ротовой аспиратор. Это две соединённые между собой соломинки.
GG: So it's a fancy name for a straw.
ГГ: Научное название соломинки.
SB: Basically.
СБ: Вроде того.
GG: So you're going to suck those out. Have you ever sucked up a fly before?
ГГ: Тебе нужно втянуть мух в соломинку? СБ: Да. ГГ: Ты когда-нибудь проглатывал муху?
SB: Once or twice.
СБ: Пару раз.
GG: There we go. You got all four. OK, perfect. So you're going to turn on your OptoStimmers here. You're going to park the light right on top of the chambers. So now we sit here and we wait for them to eat broccoli, and then when the light fires, they're going to think it's tasting something sweet.
ГГ: Замечательно, все четыре мухи. Отлично. Теперь ты включаешь OptoStimmers и устанавливаешь лампы прямо над отсеками с мухами. А теперь мы просто сидим и ждём, когда они начнут есть брокколи. А когда загорится свет, они подумают, что едят сладкое.
Come on. Oh, he's getting closer. Come on. It tastes good now.
Давай-давай. Уже близко. Давай же. Это вкусно.
SB: It's about to.
СБ: Сейчас-сейчас.
GG: Oh, he's back. All right! All right, so now we see that some of these flies are switching over from the banana to the broccoli.
ГГ: Она вернулась. Отлично! Итак, мы видим, что некоторые мухи переходят с банана на брокколи.
SB: Exactly, yeah.
СБ: Да, именно так.
GG: Every time this light goes off, that means that they think they're tasting something sweet.
ГГ: Всякий раз, когда загорается свет, им кажется, что они едят что-то сладкое.
SB: Yeah. So this guy's really going after it.
СБ: Да, поэтому эта муха так увлечённо ест.
GG: So we saw that we were able to rescue broccoli and make it just as appealing as banana to our fruit flies. And we're able to replicate these same results in all of our experiments. So the question is: Can we do the same thing in humans? Well, that depends on a number of items. First, do optogenetic tools even work in humans? And that looks like the answer is yes, and in fact, clinical trials are already being planned that will treat chronic pain and blindness using optogenetics. And the next question is, can we easily trigger a light source so that every time we eat vegetables, it will go off? For that, I'm afraid at least at this time, the answer is still no. But today, we got to witness just a taste of optogenetics and its amazing potential.
ГГ: Итак, нам удалось реабилитировать брокколи и сделать её такой же привлекательной для мух, как банан. Нам удалось получить такие результаты во всех экспериментах. Поэтому вопрос в следующем: применимо ли это к человеку? Это зависит от нескольких факторов. Во-первых, работают ли оптогенетические средства на человеке? Похоже, что ответ положительный, и уже планируются клинические испытания по лечению хронических болей и слепоты с помощью оптогенетики. Следующий вопрос таков: можем ли мы использовать вспышку света всякий раз, когда едим овощи? Боюсь, что ответ на этот вопрос пока отрицательный. Но сегодня нам удалось попробовать на вкус оптогенетику и её удивительный потенциал.
(Music)
(Музыка)