2026#诺贝尔奖# 生理学或医学奖,给了“光控离子通道”和#光遗传学# 相关研究。凭借这项技术,神经科学家使“光”成了脑细胞乃至动物行为的(脑控)开关。
比如科学家早就能够用特定波长的可见光,来准确无误地控制小鼠的特定行为。
他们给小鼠的脑袋接上光纤,只要蓝光一亮,小鼠立即开始转圈跑,而灯灭的时候小鼠完全正常。斯坦福大学的研究人员们更是利用此技术让熟睡中的小鼠在毫无其他外界刺激的条件下瞬间完全清醒(一秒钟,变清醒!)
科学家还能够通过蓝光控制果蝇的逃逸行为,用黄光使扭动的蠕虫安静下来,用蓝光控制小鼠心肌细胞收缩节律使之与蓝光频闪同步。
光遗传学中的“遗传”两字乍一看很容易让人联想到“豌豆大叔”孟德尔的经典遗传学。然而实际上遗传学和基因学在英文中都是genetics,光遗传学(optogenetics)的全称是“光刺激基因工程”(optical stimulation plus genetic engineering)。这和孟德尔的遗传学相去甚远。
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光遗传学技术究竟如何实现呢?
早在上个世纪,微生物科学家就已经发现某些藻类中存在“微生物视蛋白”。这些蛋白就像光控开关一样,能够被特异波长的光(最常见如可见光蓝光、黄光)激活或抑制,使细胞膜离子通道活性发生改变,从而细胞活性亦发生变化。
科学家将编码相应视蛋白的基因从藻类DNA中分离,并给它加上一个特异启动子(可以理解为开关),然后载入相应的病毒内;再通过脑内定位注射技术将病毒注射入实验动物脑内特定部位、连上光纤,至此,大功告成,光控开关安装完毕!只等微生物视蛋白在被感染的神经元中特异表达就能见证奇迹了。
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为什么它如此重要?
如果将交错繁杂的神经元比作隐藏着罪犯(目标神经元)的拥挤人群的话,抓贼过程中放电(电刺激)和撒药(药物刺激)都将无可避免地“牵连无辜”。
而光遗传学,就指哪打哪,想抓谁是谁。
光遗传学技术几乎使得特定行为和光刺激同步发生。它无需等待血液或其他介质将刺激源运到靶点细胞(实际上,刺激是以光速抵达靶点细胞);亦不存在半衰期等药物代谢特性,一旦光照停止,刺激立即结束。而相对于激素等通过受体调控基因转录表达等间接刺激而言,光遗传学技术使得因果之间的联系更为直观。
