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轉(zhuǎn)眼自己使用光遺傳工具做研究工作也已經(jīng)有五個(gè)年頭，親眼從國(guó)內(nèi)連個(gè)質(zhì)粒都找不到，一切工具都要自己動(dòng)手制作，到現(xiàn)在成為一種神經(jīng)環(huán)路研究的通用工具，甚至把魔爪伸進(jìn)細(xì)胞生物學(xué)的菜園子，我常常也感到驚訝，直到今天，有時(shí)我自己也會(huì)質(zhì)疑光遺傳學(xué)的科學(xué)意義，但不可否認(rèn)，作為一種研究工具，它看起來是如此成功，也給這個(gè)行業(yè)外的人很多文學(xué)描述的空間。很多大牛都寫了reviews來紀(jì)念這樣的一段歷程，作為一個(gè)辛勤做實(shí)驗(yàn)的小菜鳥，也許可以回首看看。 簡(jiǎn)單說，探索神經(jīng)環(huán)路，在細(xì)胞水平上操縱神經(jīng)元活動(dòng)的工具由來已久，從電壓鉗到膜片鉗，從插一根很粗的電極做刺激源，到各種精細(xì)的電極，但是面對(duì)神經(jīng)元數(shù)量比銀河系的星星還多的腦，我們也只能承認(rèn)自己無能，過去幾十年，我們搞清楚的腦屈指可數(shù)，線蟲在很大程度上我們搞清楚了它的神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞之間的聯(lián)系，但是，比線蟲更復(fù)雜的果蠅，我們只好承認(rèn)自己無能，怎么簡(jiǎn)單描述一下這個(gè)根本問題呢？從線蟲來看，線蟲只有幾百個(gè)神經(jīng)元，這些細(xì)胞之間的聯(lián)系比較容易map，一點(diǎn)點(diǎn)把他們搞清楚，果蠅有30萬個(gè)神經(jīng)元，這些神經(jīng)元的聯(lián)系對(duì)于現(xiàn)在的研究手段而言，是一個(gè)巨大的challenge,根本不可能在有限的時(shí)間內(nèi)把果蠅所有細(xì)胞間聯(lián)系搞清楚進(jìn)而精確闡釋果蠅所有行為的細(xì)胞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。哺乳動(dòng)物呢？更加不可能。人類呢？目前的工具也是完全不可能的。 光遺傳學(xué)作為一個(gè)伸經(jīng)科學(xué)的研究工具，就是在這種背景下產(chǎn)生的，彼時(shí)大部分實(shí)驗(yàn)室要想在研究中刺激某個(gè)腦區(qū)的神經(jīng)元，幾乎是不可能的，如果想選擇性刺激某幾種神經(jīng)元，更加不可能，那時(shí)的在體刺激辦法就是使用電極，一刺激一大片，各種細(xì)胞一起刺激。而光遺傳學(xué)帶來兩個(gè)改變1. 可以使用遺傳學(xué)辦法在特定類型的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)光敏感通道，這樣光導(dǎo)入時(shí)只會(huì)激活一種類型的細(xì)胞 2. 快速地改變神經(jīng)元的膜電位狀態(tài)，使用光操作神經(jīng)元活動(dòng)有可能實(shí)現(xiàn)比較高的時(shí)空分辨率。辭職和使用金屬電極相比，帶來更多的改變是可以非常快速地操作某種類型的細(xì)胞，更加精細(xì)的光學(xué)方案，有可能更精細(xì)的操縱細(xì)胞的電活動(dòng)。 光敏感蛋白看起來是如此前途光明，以至于很多l(xiāng)abs都愿意花費(fèi)大把的時(shí)間改造它，為它開發(fā)合適的光源，改造他的蛋白使其通透不同的離子，改變激活通道的光的波長(zhǎng)，經(jīng)歷過數(shù)年的持續(xù)演進(jìn)，光遺傳學(xué)蛋白不但沒有像其它一樣曇花一現(xiàn)的技術(shù)一樣被人遺忘，反而成為能夠快速操縱眾多生理活動(dòng)的新寵。作為一些列大規(guī)模突變的結(jié)果，光遺傳學(xué)工具能夠精確的興奮或者抑制神經(jīng)元的活動(dòng)，除此以外，更多的工作把光遺傳蛋白與信號(hào)通路通路蛋白融合，使光遺傳蛋白能夠從神經(jīng)科學(xué)脫胎而出，進(jìn)入細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域，這些工具包括操縱cAMP，cGMP，IP3，Erk等，幾乎所有重要的細(xì)胞信號(hào)通路，都逐步納入光操作的版圖。還有人講光遺傳學(xué)與crispr技術(shù)融合，用光操控基因的編輯。 |
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