光遺傳學(xué)是近年來(lái)最具創(chuàng)新性的顯微技術(shù)之一，通過(guò)結(jié)合遺傳學(xué)和光學(xué)方法，科學(xué)家們可以利用光來(lái)特異性控制活細(xì)胞中精確時(shí)間段的蛋白活性，以及蛋白相互作用。

在進(jìn)行光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，研究人員經(jīng)常需要使用一種激光共焦顯微鏡的光漂白模式（photobleaching mode）。雖然目前特殊激光或其它通過(guò)光學(xué)半導(dǎo)體作為數(shù)字微鏡設(shè)備（digital micromirror devices）的照明系統(tǒng)，已經(jīng)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但是這些設(shè)備價(jià)格依然居高不下，而且也只能用于細(xì)胞生物學(xué)研究中的幾種光應(yīng)答蛋白。

為了解決這一問(wèn)題，來(lái)自日本香川大學(xué)的Nobukazu Araki與他的同事研發(fā)出了一種自動(dòng)熒光顯微系統(tǒng)，這種系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的光學(xué)零件和軟件，能操控活細(xì)胞中的基因編碼光應(yīng)答蛋白。這一研究成果公布在6月的Microscopy雜志上。

“這個(gè)系統(tǒng)比其它采用光漂白模式的共焦顯微鏡或數(shù)字微鏡設(shè)備更加便宜，而且也能有效的激活光敏蛋白，”Araki說(shuō)。

Araki和他的團(tuán)隊(duì)利用一種稱為MetaMorph的成像軟件，編寫活細(xì)胞自動(dòng)化延時(shí)成像程序，這種程序也能幫助研究人員控制光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，光活化的持續(xù)時(shí)間，以及靶標(biāo)照明區(qū)域的大小。

為了驗(yàn)證這一系統(tǒng)，研究人員對(duì)小鼠進(jìn)行了基因改造，令其巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞表達(dá)一種蛋白：Rac1（這種蛋白能操控細(xì)胞運(yùn)動(dòng)）與一種光敏蛋白light-oxygen-voltage 2 (LOV2)結(jié)構(gòu)域的融合蛋白，后者是在植物中發(fā)現(xiàn)的蛋白（phototropins）。

然后研究人員又利用藍(lán)光激活了光敏Rac1蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞膜紊亂，這是許多活性遷移細(xì)胞的典型特征。這種應(yīng)答是可逆的，也就是說(shuō)在藍(lán)光照射下一到兩分鐘內(nèi)，細(xì)胞能表達(dá)光敏Rac1細(xì)胞膜紊亂，這段時(shí)間與細(xì)胞被照射的時(shí)間一樣長(zhǎng)，隨著光源被關(guān)閉這種特征也在隨后幾分鐘內(nèi)減少。

這項(xiàng)研究表明了非激光的傳統(tǒng)熒光顯微技術(shù)，也能有效的用于涉及光敏 Rac1蛋白的光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)。作者認(rèn)為，這種便捷的顯微系統(tǒng)將有助于光應(yīng)答蛋白在細(xì)胞生物學(xué)中的應(yīng)用，也將極大的擴(kuò)增其應(yīng)用范圍。

“我們目前利用這一顯微鏡系統(tǒng)進(jìn)行光動(dòng)力癌癥療法的研發(fā)”，Araki說(shuō)，“我們希望這種簡(jiǎn)單可靠的系統(tǒng)能用于廣泛的遺傳學(xué)研究，促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)的進(jìn)步。”