学习笔记之光遗传学.docx

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1、学习笔记之光遗传学光遗传学方法研究生物大脑光遗传学（optogenetics），即结合遗传工程与光来操作个别神经细胞的活性，发现脑部如何产生γ波（gammaoscillations），并为它们在调控脑部功能中的角色提供新证据，这将有助于发展一系列脑相关失调的新疗法。概述光遗传学，是研究人员使用一种新的光控方法选择并打开了某种生物的一类细胞。这也帮助科学家解答一个长期存在的难题，即关于脊髓中某类神经元的特殊功能的研究。光遗传学（optogenetics）——结合遗传工程与光来操作个别神经细胞的活性，发现脑部

2、如何产生γ波（gammaoscillations），并为它们在调控脑部功能中的角色提供新证据，这将有助于发展一系列脑相关失调的新疗法。科学研究光影响小白鼠的大脑斯坦福大学的研究人员现在可以使用光来影响小白鼠的大脑，让一只患有帕金森症的小白鼠重新站立起来，甚至是重新走路。他们把这项技术称之为Optogenetics(opticalstimulationplusgeneticengineering光刺激基因工程/光遗传学)。这个技术的关键是：科学家们必须事前向小白鼠体内注射一种植物基因，这种基因能够对不同颜色

3、光的刺激作出敏感的反应，还能通过自生特性感染类似的细胞。斑马鱼幼虫细胞中靶向插入光敏开关研究人员在清醒的斑马鱼幼虫的这些细胞中靶向插入光敏开关，结果发现这些细胞产生了突发的游泳行为—幼虫典型的周期性摆尾。这项发现可能为人类相关的研究提供一种启发，因为哺乳动物也有类似的细胞。此外，这项研究也凸现了新技术的亮点，使用光控开关-光栅离子通道并结合基因靶向定位可以轻松研究某一类型的细胞。人的神经病学疾病研究表明在罹患精神分裂症与其他精神病学与神经病学疾病的患者身上（被扰乱）会出现γ波，光遗传学新工具给予科学家很大

4、的机会来探索这些信号通路的功能。γ振荡反映出大型互连神经元网路的同步活动，以范围在每秒20-80周期的频率发射。这些振荡被认为由一种特殊的抑制细胞（inhibitorycells）称为快闪中间神经元（fast-spikinginterneurons）所控制，但是到目前为止，这一设想并未得到具体的证实。光遗传学为了测定哪些神经元负责驱动这种振荡，研究人员利用一种被称为channelrhodopsin-2（ChR2，第二型离子通道视紫质）的蛋白，这种蛋白能使神经元对光敏感。通过结合遗传学技术，研究人员在不同类

5、型的神经元中表达了ChR2，通过激光与遍及脑部的光纤，精确调控它们的活性。通过更进一步的实验，研究人员还发现根据刺激发生在振荡周期的哪个阶段，脑部对于触觉刺激的反应会更大或更小。从而支持了前文的构想：这些同步振荡对于控制我们如何感知刺激很重要。前景预测作用使用这些光遗传学（optogenetic）工具，能够激活清醒哺乳动物的单一神经元，并直接演示神经元激活表现出的行为结果。该光遗传学方法使得研究人员能够获得关于脊髓回路的一些重要信息。应用光遗传学研究使用的新技术可以推广到所有类型的神经细胞，比如大脑的嗅觉

6、，视觉，触觉，听觉细胞等。光遗传学开辟了一个新的让人激动的研究领域，可以挑选出一种类型的细胞然后发现其功能。"光遗传学"当选《自然》2010年度研究方法2010年12月27日16:21来源：中国经济网综合张笑/编译12月23日出版的新一期《自然》杂志推出2010年年度回顾专刊，其中以特别专题的形式报道了由其子刊《自然—方法学》（NatureMethods）评选出的2010年度研究方法——光遗传学（optogenetics）。光遗传学是一种通过使用光学技术和遗传技术来实现控制细胞行为的方法，它克服了传统的只

7、用光学手段控制细胞或有机体活动的许多缺点，为神经科学提供了一种变革性的研究手段。光遗传学技术的运用包括四个步骤：第一、找寻合适的光敏蛋白。蛋白可以是具有天然的光敏性，也可以是经过化学修饰而具有光敏性；第二、遗传信息传递。通过转染、病毒转导、转基因动物系的建立等方式将光敏蛋白的遗传信息传递给目标细胞。第三、可控性演示。通过从时间和空间上控制演示光线的特定性，实现对细胞活动的精确演示。第四、读取研究结果。可采用电极通过检测细胞膜内外电压来测量光敏蛋白的荧光效果变化，并可用荧光性生物传感器来检测不同细胞的读出值

8、。最后，通过行为测试来评估调整细胞活动对整个动物的影响。目前，科学家已找到很多可用于控制细胞行为的光敏蛋白并用其发展出具备各种功能的多样性检测工具，为光遗传学的遗传技术部分的实现提供了很好的先决条件。而在光学技术部分，各种光传导技术特别是显微技术的发展，使得对生物研究的演示（不论是其体内还是体外）的控制程度达到了前所未有的水平。两者并驾齐驱，让科学家们利用光遗传学在生命科学领域取得了许多显著的成就。此外，《自然—方法学》还介绍