光遗传学是利用遗传和光学技术相结合的方法来控制细胞的活动。这种方法始于发现在光照下产生细胞反应的生化物质。通过分离编码这些蛋白质的基因,科学家用它们来刺激其他活细胞的光反应。从光遗传学获得的知识使研究人...
光遗传学是利用遗传和光学技术相结合的方法来控制细胞的活动。这种方法始于发现在光照下产生细胞反应的生化物质。通过分离编码这些蛋白质的基因,科学家用它们来刺激其他活细胞的光反应。从光遗传学获得的知识使研究人员对各种疾病过程有了更深入的了解。

科学家能够利用光遗传学刺激活细胞对光的反应。在20世纪70年代,科学家们发现,某些生物体产生的蛋白质控制着通常通过细胞膜的电荷。当暴露在特定波长的光下时,这些蛋白质会引起细胞间的相互作用。这些蛋白质通常被称为G蛋白,在这段时间里,研究人员发现细菌视紫红质对绿光有反应。进一步的研究发现了视紫质家族的其他成员,包括沟道视紫红质和盐紫质

医生使用医学成像和光遗传学来绘制大脑内的路径在2000年至2010年的十年间,神经科学家发现有可能提取出视蛋白基因并将其插入其他活细胞中,然后这些细胞获得同样的光敏性。最初使用的方法之一是去除视蛋白基因,将它们与良性病毒结合,把它们插入培养皿中的活神经元。当注入的细胞暴露在绿光脉冲下时,神经元的反应是打开离子通道。当通道打开时,细胞接收到离子的涌入,从而产生电流,开始与另一个神经元的通讯。科学家发现其他G蛋白对不同的光颜色有反应,抑制或增强钙离子通道和肾上腺素的释放。研究最终从将光遗传学应用于一小群活细胞到使用活体哺乳动物实验。通过将视蛋白基因导入小鼠大脑,细胞开始产生G蛋白。利用这些G蛋白和光纤,科学家们能够控制神经元的放电速度。他们还开发了一种方法,将一根小光纤转换成电极,以提供细胞活动的电读数。这种脑-计算机接口允许研究人员评估和通过结合磁共振成像(MRI)和光遗传学,研究人员能够绘制出大脑内的神经活动和路径,通过探索神经功能的复杂性,医生们可以更好地理解什么是正常和异常的大脑活动与药物和电疗不同,光遗传学允许调节特定的细胞和通路,从光遗传学获得的知识和技术也允许控制心脏细胞、淋巴细胞和分泌胰岛素的胰腺细胞的功能。