研究團(tuán)隊(duì)正在實(shí)驗(yàn)室工作。圖片來源：杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院
科技日報(bào)記者?張夢然
杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員發(fā)現(xiàn)，一種新型光敏蛋白能夠利用光關(guān)閉腦細(xì)胞，這為研究大腦功能提供了一種前所未有的有效工具。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》上。
光遺傳學(xué)是一種通過生物工程改造特定細(xì)胞，使其包含能充當(dāng)開關(guān)的光敏蛋白的技術(shù)。其可讓研究人員精確控制這些細(xì)胞的電活動。攜帶光遺傳開關(guān)的神經(jīng)元和神經(jīng)細(xì)胞，則可用于研究不同細(xì)胞如何參與各種腦回路和行為模式。
研究人員發(fā)現(xiàn)，一種特定的通道——鉀通道視紫紅質(zhì)，可作為調(diào)節(jié)3種關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)動物（魚、蠕蟲和蒼蠅）腦細(xì)胞活動的有效工具。鉀通道就像細(xì)胞膜上的小門，當(dāng)暴露在光線下時(shí)，小門就會打開，讓鉀離子流過，幫助平息腦細(xì)胞活動。
鉀離子對于人體細(xì)胞的電功能至關(guān)重要，而鉀通道是存在于細(xì)胞膜中的一種特殊蛋白質(zhì)。它們調(diào)節(jié)鉀離子在細(xì)胞膜上的流動，以維持各種細(xì)胞過程，對神經(jīng)沖動傳遞、肌肉收縮和細(xì)胞液平衡起關(guān)鍵作用。
光觸發(fā)時(shí)，新的鉀通道讓鉀離子離開神經(jīng)元，從而改變跨膜電梯度。這種超極化變化使神經(jīng)元難以產(chǎn)生動作電位。如果沒有動作電位，神經(jīng)元與其他細(xì)胞的通信就會受到極大抑制甚至沉默。
新成果為研究腦區(qū)間復(fù)雜相互作用開辟了令人興奮的途徑，也為探索神經(jīng)退行性、神經(jīng)發(fā)育和精神疾病背后的病理機(jī)制提供了有前途的方法。這些工具將為科學(xué)家提供深入探索大腦內(nèi)部機(jī)制的途徑，推動對大腦功能的全面理解，為攻克多種腦部疾病奠定基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)有效治療。
總編輯圈點(diǎn)
光遺傳學(xué)2005年才誕生。通過在神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá)光敏蛋白，響應(yīng)不同波長的光刺激實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)功能的調(diào)控。人類擁有了這種精準(zhǔn)操控大腦的工具，對神經(jīng)元之間作用的理解也更深入了。光遺傳學(xué)無疑是神經(jīng)科學(xué)研究的跨越式進(jìn)步。目前，科學(xué)家正在嘗試?yán)霉膺z傳學(xué)手段治療嗜睡、抑郁、恐懼、焦慮、疼痛等各種頑疾，甚至還有嘗試治療失明、老年癡呆和糖尿病的項(xiàng)目。未來，“一束光照亮生命”將不僅僅是個(gè)比喻。
