人類的大腦被認為是我們這個宇宙中最復雜的構(gòu)造，它包括860億個神經(jīng)元，以及數(shù)萬億未知的映射連接。幾千年來，科學家們一直汲汲于了解其產(chǎn)生行為的機制，這也是解答如何治療精神失序癥的關(guān)鍵所在。

正是由于人類大腦的復雜性，因此科學家們選擇了線蟲這種更為簡單的生物模型。線蟲大小僅為1毫米，神經(jīng)系統(tǒng)只包含302個神經(jīng)元，目前完全繪制出的神經(jīng)環(huán)路約為6,000個連接，由于它的易操作性和它的發(fā)育特性，這種微小、透明的蟲子已經(jīng)成為基礎(chǔ)研究最重要的模式生物。近30年來，科學家們研究了線蟲的多個單神經(jīng)元之間的連接。而且盡管神經(jīng)元的數(shù)目較少，但其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的復雜性和復雜行為的輸出，也包含饑餓時尋找食物，以及社會行為等，因此線蟲是研究腦功能的一種重要動物。

了解線蟲的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理將有助于幫助我們了解我們自身大腦的復雜功能，近期加州理工大學，紐約理工學院的研究人員研發(fā)了一種新型的線蟲 GAL4-UAS 系統(tǒng)——cGAL，極大的節(jié)約了時間和成本，將為未來的腦科學研究提供強有力的助力。

這一研究成果公布在12月26日的Nature Methods雜志上。

UAS-GAL4系統(tǒng)是果蠅遺傳學中一種常用的異位表達系統(tǒng)。UAS (upstream active sequence，UAS)上游激活序列，是酵母中一種類似高等真核生物增強子的序列。GAL4 (GALactose—regulated upstream promoter element，GAL半乳糖凋節(jié)上游啟動子元件) 是一個酵母轉(zhuǎn)錄激活因子。與原核生物乳糖操縱子相似，在酵母中GAL4與UAS結(jié)合可以調(diào)節(jié)與半乳糖代謝相關(guān)基因的表達。

對于腦科學來說，研究人員需要操控單個神經(jīng)元的活動，使其任意的打開或關(guān)閉。要實現(xiàn)這一點并不容易，一些科學家研發(fā)了比如藥物，或者光照等工具，來激活或沉默他們需要的神經(jīng)元，但這些細胞特異性的系統(tǒng)都需要針對每種研究人員感興趣的神經(jīng)元進行定制，十分麻煩。

最新研究中，紐約理工學院的Navin Pokala博士將酵母UAS-GAL4系統(tǒng)用于線蟲表達基因，既可以減少UAS-GAL4系統(tǒng)細胞特異性波動所需的工作，又可以通過簡單的配對，減少定制的過程。這個系統(tǒng)被命名為cGAL，cGAL無需針對每個細胞和激活器構(gòu)建新的DNA和轉(zhuǎn)基因動物，只要與已建動物簡單配對，就能完成實驗，極大的減少了時間和成本。

Pokala和他的合作者下一步計劃進一步探索GAL4-UAS 系統(tǒng)，希望能更精確的控制基因表達，新轉(zhuǎn)基因動物的方便性有助于神經(jīng)細胞中細胞的系統(tǒng)波動，從而 Pokala等人可以建立一個數(shù)據(jù)庫，將神經(jīng)波動與行為聯(lián)系起來。這樣結(jié)合之前繪制的神經(jīng)環(huán)路，這一數(shù)據(jù)庫就能用于研發(fā)和檢測神經(jīng)細胞功能模型了。