Плодовых мушек накормили кокаином, чтобы изучить его влияние на мозг

Ученые из Центра генетики человека при Клемсонском университете (Южная Каролина, США) обнаружили специфические кластеры клеток в мозгу обыкновенных плодовых мух (Drosophila melanogaster), подвергнутых действию кокаина — алкалоида тропанового ряда, популярного наркотика. Итоги исследования опубликовали несколько дней назад в журнале Genome Research.

На протяжении тысячелетий жители Анд в Южной Америке жевали листья коки — кустарникового растения из рода эритроксилум. Основной их алкалоид — кокаин — выделили лишь в середине XIX века. Затем его использовали в запатентованных средствах для местной анестезии, продавали как капли от насморка, добавляли в напитки и тоники в Европе, Северной Америке и Австралии до начала 1900-х. Но законы, ограничивающие доступность кокаина, повлекли снижение его потребления к 1960-х. 

На сегодня кокаиновая зависимость стала серьезной проблемой общественного здравоохранения, спровоцировав множество медицинских, психологических и социальных проблем, включая распространение инфекционных заболеваний (например, СПИДа, гепатита и туберкулеза), повышение уровня преступности, насилия и воздействия наркотика на плод при беременности.

Хотя неврологические эффекты кокаина хорошо известны, его влияние на экспрессию генов в мозгу изучили недостаточно. Авторы нового исследования решили получить ответ на этот вопрос при помощи дрозофил — их гены на 70 процентов состоят из «гомологических генов», аналогичных человеческим. Во время эксперимента самкам и самцам плодовых мушек на протяжении максимум двух часов давали определенное количество сахарозы (контрольная группа) или сахарозы с добавлением кокаина.

После приема наркотика за поведением насекомых наблюдали. Чтобы оценить влияние кокаина на экспрессию генов, ученые препарировали мозг дрозофил и разделяли его на отдельные клетки. Применив метод секвенирования нового поколения, они создали целые «библиотеки» экспрессируемых генов для отдельных клеток (всего — 88 991 единица). В каждой ячейке были тысячи транскриптов. Посредством сложного статистического анализа авторы работы сгруппировали их в 36 отдельных кластеров клеток — нейрональные и глиальные, а также типы нейротрансмиттеров из большинства областей мозга, включая грибовидные тела.

Употребление кокаина, как оказалось, вызывало быстрые и повсеместные изменения в экспрессии генов по всему мозгу плодовых мушек, причем различия были более выражены у самцов. У дрозофил, накормленных кокаином, выявили нарушения двигательной активности, частые припадки и судороги. Наркотик повлиял на все типы клеток мозга, особенно на клетки Кеньона в грибовидных телах (парные структуры в мозге насекомых и других членистоногих, связаны с модификациями поведения) и некоторые нейроглии.

«Мы можем увидеть, какие гены экспрессируются при воздействии кокаина, и существуют ли одобренные Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) лекарства для борьбы с зависимостью, которые можно было бы протестировать — сначала на тех же мухах. Мы уже обнаружили несколько таких генов. Но пока это начало», — подытожила Труди Маккей, один из авторов исследования.