C. elegans med GFP-merkede nerver (Haiti Paves/Wikimedia Commons/CC 3.0) 
Hjerner er ikke de enkleste organene å studere, med deres delikate ledninger og subtile hvisking av nevrotransmittermeldinger. Nå kan denne forskningen gjøres litt enklere, ettersom vi har lært at vi kan bytte noen kritiske kjemiske systemer med vertsdyret som ikke er desto klokere.
I en proof-of-concept-studie drevet av et team av amerikanske forskere, den mikroskopiske ormen Caenorhabditis elegans var genetisk begavede deler av et nervesystem hentet fra en radikalt annerledes skapning – en nysgjerrig ferskvannsorganisme kjent som Hydra .
Byttet var ikke ulikt å lære en spesifikk hjernekrets et fremmedspråk, og å finne det utfører jobben sin like bra som før.
'Det er mye mangfold av synaptiske forbindelser i ethvert dyrs hjerne,' forklarer Josh Hawk, en nevroforsker ved Marine Biological Laboratory i Massachusetts.
'Å være i stand til å velge og vrake hva vi skal putte i en annen organisme vil hjelpe oss å løse ut og forstå hvordan og hvorfor hjerner gjør det de gjør.'
I likhet med oss, nematoden C. elegans har et tett knyttet nervesystem styrt av kjemiske budbringere kalt nevrotransmittere. Ulike kretsløp bruker sine egne typer nevrotransmittere, som slippes ut i de tynne hullene mellom nevroner kalt synapser.
For det meste er disse trange hulrommene der en hjerne gjør mye av arbeidet sitt. Synapser er logiske porter av hjernens datakretser – blokkerer noen signaler, forsterker andre, transformerer kjemiske svingninger til noe dyptgående.
Nevrovitenskapsmenn kan forstå mye om funksjonene til et nervesystem ved å tukle med dette trafikklyssystemet ved å bruke en rekke medikamenter, genetiske justeringer og lysopererte brytere.
Å slå ting av og på og se på kaoset kan fortelle deg mye om hvordan et nervesystem fungerer. Tross alt har mye av det vi har lært innen nevrovitenskap kommet fra å observere konsekvensene av en ødelagt hjerne.
«Men for å virkelig forstå hvordan de fungerer, vil du vite om du kan gjenoppbygge dem – fikse dem – etter at de er ødelagte. Og det er veldig vanskelig å gjøre,' sier studiens seniorforfatter, Daniel Colón-Ramos fra Yale University School of Medicine.
Trikset i dette tilfellet var å 'fikse' et ødelagt kretsløp i nematoder med deler lånt fra en annen organisme, en som kjører på svært forskjellig biokjemisk programvare. Hydra er ikke ormer. De er nærmere beslektet med sjøanemone, med små, tentaklerte kropper styrt av en løst koblet spredning av nevroner arrangert i en enkel, nettlignende struktur.
Enda rarere, cellene som utgjør dette nevrale nettet kommuniserer med hverandre ved å sprute ut peptider som deretter diffunderer gjennom hydraens kropp, og aktiverer matchende reseptorer på andre celler.
«Det er hundrevis av nevrale peptider i Hydra , som hver kan være en annen kommunikasjonskanal,' sier Hauk.
«For meg er det det mest spennende. Dette bør åpne opp et helt område som ingen noen gang har utforsket før.'
For å teste konseptet har Hawk og kollegene hans genetisk endrede prøver av C. elegans å miste evnen til å føle seg mett. Disse sultne ormene viste søkingsadferd uansett hvor mye mat de hadde spist, noe som ga forskerne en tydelig aktivitet å se etter i mutantene deres.
Fra denne gruppen ormer skapte de to nye linjer – en med genet for et hydra-nevropeptid, og en annen med det tilsvarende reseptorgenet.
Avkommet mellom de to familiene førte de to halvdelene sammen til et enkelt nervesystem. Uten deres vanlige 'Jeg er full' hjernekrets i drift, måtte de stole på hydra-nevropeptidene for å signalisere slutt på måltidstiden.
Det vellykkede byttet er bare det første trinnet. Takket være måten hydra-nevropeptider fungerer på, er det mulig å skille nevronene som bruker dem til å signalisere og få dem til å kommunisere på lang avstand.
'Det gir deg mer fleksibilitet som forsker å manipulere nevroner som ikke er ved siden av hverandre,' sier Kolon-Ramos.
Denne spesifikke kombinasjonen av messenger og reseptor, kalt HySyn, kan bare være starten på et enormt verktøysett med erstatningssendere som forskere kan bruke for å tyde vanskelighetene ved nevrale kretser.
Denne forskningen ble publisert i Naturkommunikasjon .