北卡羅來納大學的科學家們在光遺傳學技術(shù)的基礎上，開發(fā)了快速檢測基因和蛋白質(zhì)功能的強大工具。他們將光敏開關(guān)裝到蛋白質(zhì)上，然后在活細胞中用激光操縱蛋白質(zhì)的移動和活性。這一重要成果發(fā)表在四月十八日的Nature Chemical Biology雜志上。

基因敲除會造成永久性改變，在我們還沒發(fā)現(xiàn)的時候生物體系可能就做出了相應的補償。“利用光我們可以在特定時間失活特定細胞的一個蛋白質(zhì)，對其進行實時觀察。這些信息有助于揭示這個蛋白的真正功能，”文章資深作者Brian Kuhlman教授說。光遺傳學是神經(jīng)學領域的革命性技術(shù)，可以實現(xiàn)精確的時間和空間控制。現(xiàn)在，Kuhlman教授及其同事將這一技術(shù)成功應用到了自己的功能研究中。

已知植物蛋白AsLOV2會根據(jù)光照改變形態(tài)。研究人員給AsLOV2附上一段含有核輸出信號的短氨基酸序列。在黑暗條件下這段信號保持“沉默”，在藍光照射時這段信號釋放出來，使蛋白從細胞核進入細胞質(zhì)。

研究人員將上述蛋白與熒光蛋白融合起來在小鼠細胞中表達。他們發(fā)現(xiàn)，紅色熒光一開始集中在細胞核內(nèi)，特定波長的光照會使熒光轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)。隨后，研究人員將這些光敏開關(guān)裝到蛋白質(zhì)LexA和Bre1上，這兩種蛋白一般位于細胞核內(nèi)對DNA起作用。研究顯示，在光激活之后這些蛋白都轉(zhuǎn)移到了細胞質(zhì)中，而且這種轉(zhuǎn)移伴隨著蛋白質(zhì)活性的喪失。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，當Bre1被移走的時候它負責的DNA修飾在幾分鐘內(nèi)就消失了。說明這些細胞過程相當活躍，進行速度非?？?。正因如此，用光遺傳學方法實時觀察生物學事件是很有意義的。

傳統(tǒng)光遺傳學技術(shù)是將光敏通道蛋白添加到想要研究的神經(jīng)元中，通過光照選擇性開啟這些通道，激活或者沉默目標神經(jīng)元。研究者們一直在嘗試理解人類的記憶，光遺傳學技術(shù)為他們提供了前所未有的便利工具。Nature雜志上同時發(fā)表了兩項光遺傳學研究，顛覆了人們對恐懼記憶的認識。研究顯示，當恐懼記憶產(chǎn)生之后，檢索恐懼記憶的大腦回路會隨著時間推移發(fā)生改變。也就是說，回憶舊記憶的大腦通路與回憶新鮮恐懼記憶不同。

Nature雜志去年年底的一項研究指出，在錯綜復雜的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡中，牽動一根線就會拆開好幾個回路。可以說是牽一發(fā)而動全身。通過光遺傳學技術(shù)或藥物操縱大腦的神經(jīng)回路，會出現(xiàn)誤導性的現(xiàn)象，使人們得出沒有根據(jù)的結(jié)論。

Salk 研究所的科學家們在Nature Communications雜志上發(fā)表了一項新技術(shù)，用超聲波選擇性激活大腦、心臟、肌肉和其他類型的細胞。這種聲遺傳學（sonogenetics）技術(shù)使用臨床上的醫(yī)學超聲波，在治療人類疾病的時候可能比光遺傳學更有優(yōu)勢。此外，低頻超聲波穿透性很強，更容易刺激機體深處的細胞。