光遺傳學技術Optogenetics(optical stimulation plus genetic engineering 光刺激基因工程/光遺傳學)是2010年Nature雜志評出的年度技術，近年來在這一領域獲得了不少重要的成果，近期來自日本東京大學，美國斯坦福大學等處的研究人員發(fā)表了題為“Crystal structure of the channelrhodopsin light-gated cation channel”的文章，報道了兩個光敏感通道構成的一個嵌合體的X-射線晶體結構，這將有助于光遺傳學的發(fā)展，這一成果公布在2月16日Nature雜志上，并被作為封面文章推薦。

領導這一研究的是東京大學Osamu Nureki，與斯坦福大學的Karl Deisseroth副教授，其中Deisseroth副教授曾開發(fā)出多種光遺傳學技術新方法，比如其研究組曾經利用光遺傳學技術開展多項試驗對工程動物的中樞神經系統進行研究。

光敏感通道（channelrhodopsins）是一種受光脈沖控制的具有7次跨膜結構的非選擇性陽離子通道蛋白，自1991年從萊茵衣藻中發(fā)現后被許多實驗室所關注，由于這一通道可以快速形成光電流，使細胞發(fā)生去極化反應的電生理特性，因此已被廣泛應用于神經系統的研究。與傳統的神經系統研究方法如電生理技術、神經藥理學方法相比，這一方法具有更高的空間選擇性和特異性，作為光遺傳學技術的核心組成部分，這一領域的研究吸引了不少科學家的關注。

在這篇文章中，研究人員報道了兩個光敏感通道構成的一個嵌合體的X-射線晶體結構（2.3 Å），光敏感通道在神經科學研究中扮演了重要角色，但是有關它的分子作用機制至今了解的并不多，這項研究就通過其晶體結構，揭示了光敏感通道的結構，及電生理作用機制，結果表明這一離子通道的分子架構包括與視網膜相結合的區(qū)域和陽離子通道。這將有助于揭示光敏感通道的功能，并且為光遺傳學更好的利用光敏感通道提供了更加精確的信息。

生命現象離不開細胞發(fā)揮著各種功能。實時了解細胞間的活動狀況是揭開復雜生命謎團和疾病治療方法獲取的重要途徑。在保護頭蓋骨的同時，對處理大腦龐大信息的大量神經細胞活動進行實時性成像是非常困難的。因此研究人員開發(fā)了各種方法，包括光遺傳學技術進行探索。

去年來自斯坦福大學的華裔研究組則接連設計了幾種新穎的光遺傳學工具，可以更好的分析活體哺乳動物大腦神經環(huán)路生理現象，比如他們將光遺傳學技術結合細菌人工染色體（BAC）轉基因策略成功構建了四種神經元可被藍光激活的轉基因小鼠動物模型。

除此之外，Bamberg研究組的一項最新成果：看似簡單的融合方法解決了光遺傳學研究的一大問題。之前的研究表明channelrhodopsin-2受到藍光的刺激時，會導致陽離子通過細胞膜，細胞去極化，神經元激活，而鹽菌紫質（halorhodopsin）在受到橙色光的刺激時，則會引發(fā)氯離子通過細胞膜，細胞極化，阻止細胞激活。

這些成果都有利用更好的通過光遺傳學分析生物現象，當然要實現這些方法并不容易，比如Bamberg研究組這項成果，因為當細胞表達兩種光遺傳學蛋白的時候，它們表達兩種蛋白的表達水平不均衡，一種可能很多，而另一種可能很少。而且不同細胞的表達比率也不一致。