光遗传学正在革新神经科学。这项技术通过改变特定细胞类型的基因使其产生光敏蛋白质;然后,科学家可以通过光纤电缆传递到大脑的光脉冲来激活这些细胞。这已经给了研究人员一种无与伦比的能力来探测潜在的电路动物大脑功能。但有些人已经超越了大脑,致力于人类的医疗应用。

治疗失明

眼睛的插图。
图片来源:Brown Bird Design

光遗传学为治疗和治愈失明提供了一种灵活的方法。视网膜的感光细胞利用一种叫做视蛋白的光敏蛋白将进入眼睛的光线转化为电信号。如果这些细胞失效(视力丧失的常见原因),研究人员可以利用病毒将产生视蛋白的基因传递到目标细胞——要么恢复对光感受器的光敏感性,要么使视网膜中的其他类型的细胞对光敏感。这一过程可以潜在地治疗许多不同原因的失明和视网膜退化程度。它在实验室中工作,而且是多重的临床试验这样的系统已经在人类身上进行了。设备有时会使用相机和特殊的护目镜来投射针对所使用的视蛋白优化的光波波长和强度,但科学家们也在测试对直接光线有反应的视蛋白。

调节糖尿病患者的血糖水平

图示葡萄糖计。
图片来源:Brown Bird Design

ETH Zürich生物工程师Martin Fussenegger领导的团队通过光基因操纵基因表达来调节糖尿病小鼠的血糖水平。2011年的一项研究中,该团队通过表达一种已知的调节血糖的蛋白质来让细胞对蓝光做出反应。以这种方式控制基因是一个戏剧性的进步,Fussenegger说:“这是光和基因表达之间的直接联系。”该小组的实验显示,在植入了这种工程细胞并经过光照处理的小鼠体内,胰岛素水平上升,葡萄糖敏感性降低。2017年Fussenegger和他的同事描述了将无线供电的led与工程电池一起植入,从而创造出智能手机控制的半自动系统。从那以后,他们一直在改进这项技术。

控制肠道微生物

大肠杆菌的例子。
图片来源:Brown Bird Design

肠道微生物群非常复杂,包括数万亿个体微生物,它们的大部分功能尚不清楚。贝勒学院遗传学家孟Wang和她的同事最近描述道eLife他们如何利用光遗传学揭示肠道微生物和健康之间的联系。18新利官网多久了他们改变了大肠杆菌细菌分别使用绿色和红色的光来开启和关闭colanic酸的生产。Wang的研究小组之前发现,这种酸可以保护细胞免受压力,促进长寿——至少在蠕虫中是这样。在新的实验中,带有改变细菌的蠕虫暴露在绿光下寿命更长。但是治疗应用还有很长的路要走。“主要的瓶颈是光的传输,”王说。“目前,它更多的是一种研究工具,将微生物群置于精确控制之下”,以研究其与健康的联系。18新利官网多久了