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专题译述

光遗传学技术荣膺《自然-方法》2010年度生命科学技术

YORK、筱玥/编译

每年年底,《自然-方法》(Nature Methods)都会对过去一年中推动生物学发展的技术方法做出回顾与总结,由此评选出当年最受瞩目、影响力最大的技术。2010年,光遗传学技术荣膺《自然-方法》年度生命科学技术。

一、光遗传学技术荣膺《自然-方法》2010年度生命科学技术

YORK、筱玥/编译

光遗传学技术荣膺《自然-方法》2010年度生命科学技术。所谓光遗传学(Optogenetics)是一项崭新的技术,人们可以利用这项技术对复杂的生物系统,甚至自由活动的哺乳动物体内的某些已经被研究得非常清楚的生理事件进行定向控制,而且调控速度非常迅速。这种光控调节的速度极快,能够达到毫秒级,而且定位精准,可以做到对某种特定细胞进行定向调控。这项新技术将生物学研究引领到了一个全新的领域,它能够推动生物学研究进一步发展,帮助科研人员进一步了解人体和疾病的本质,造福人类。

(一) 光遗传学简介

YORK、筱玥/编译

光遗传学技术就是遗传学技术和光控技术结合之后产生的一项全新的技术。人们可以借助光遗传学技术对活体组织的特定细胞进行调控,开启或关闭某个已经被研究得非常清楚的细胞功能。

(二) 光遗传学技术的诞生

YORK、筱玥/编译

1979年,Francis Crick提出,神经科学领域面临的最大挑战是急需开发出一种控制技术,以期在不改变其它条件的情况下对大脑里的某种细胞进行操控。由于电刺激信号(electrode)无法对细胞进行精确的靶向刺激,而药物起效的速度又太慢,于是Crick考虑是否可以利用光控技术。但是,当时还没人知道如何让某种细胞对光刺激有反应。

(三) 光遗传学控制细胞功能的基本步骤

YORK、筱玥/编译

在光遗传学操作中,细胞会表达编码光敏感蛋白的外源基因,然后利用各种光来改变细胞的行为。光遗传学技术包括开发光敏感蛋白技术,将光敏感蛋白编码基因转入目的细胞技术,定向光控技术以及各种输出信号,比如细胞、组织或活体动物行为的改变等检测技术。

(四) 光遗传学在细胞生物学领域的前景展望

YORK、筱玥/编译

1. 未来的发展方向:不仅仅局限于神经科学 2. 未来的发展方向:扩充“弹药库” 3. 未来的发展方向:反向工程学 4. 未来的发展方向:在时空维度研究分子回路

(五) 新型光遗传学工具的开发 ——通道视紫红质蛋白改造与光遗传学新工具开发

YORK、筱玥/编译

源自微藻(microalgae)和真细菌生物(eubacteria)的视紫红质蛋白(Rhodopsin)是科研人员调控神经元细胞及其它细胞功能的强力“武器”,但科学家们还是不满足,因为这类工具还存在一定的缺陷。接下来介绍了几种光遗传学工具的改进方法,以及这些方法对推动光遗传学技术的进步所起的作用。

二、2011年值得期待的技术

YORK、筱玥/编译

2010年年度技术方法的评选结果已尘埃落定,光遗传学技术击败其它挑战者,拔得头筹。那么2011年,哪一项技术会胜出,勇夺年度技术方法的称号呢?锌指核酶技术(zinc-finger nucleases)、定向蛋白质组学技术(targeted proteomics)、无缝物质传输技术(seamless delivery)、单分子结构解释技术(single-molecule structure determination)、自适应光学生物成像技术(adaptive optics for biological imaging)等似乎都有可能。究竟那一项技术最终会脱颖而出?让我们拭目以待吧! (一) 锌指核酶技术 (二) 定向蛋白质组学技术 (三) 测序技术的洪流 (四) 无缝物质传输技术 (五) 单分子结构解析技术 (六) 自适应光学技术在生物成像领域里的应用 (七) 以系统的视角诠释疾病 (八) 高速三维超分辨率荧光显微镜技术

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