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一位医生的科研之路——光遗传学的前世今生
发布日期:2025-08-19 16:38:12 浏览次数:

  最新一期的Science又发表了一篇光遗传学相关文章,大厨读完之后发现只是光遗传学领域的又一个新蛋白被发现,对于多数不是从事该方向研究的朋友,应该不是很感冒。索性大厨就结合自己“残存的”对光遗传学的了解,就给大家介绍一下这一前沿技术的前世今生,以此也来告诉我们国内的医学朋友么,原来当医生真的可以更酷。

一位医生的科研之路——光遗传学的前世今生(图1)

  光遗传学,optogenetics,即结合遗传工程与光来操作个别神经细胞活动的方法。这种技术是遗传学靶标和光学检测的结合体,优点是非侵入性,能在精确时空点进行靶标,并且可以同时采用多种波长和位点,能报告特定分子的存在或活性。只要你随便去搜索一下,就不难发现这样的描述“光遗传学技术给神经生物学带来了一场革命,几乎成为许多神经科学研究实验室的标配”。好比当年PCR技术的发明以及iPS技术的出现,都几乎成为生命医学研究的标配,那就意味着光遗传学也将是下一个准诺贝尔奖,这下明白了吧。

一位医生的科研之路——光遗传学的前世今生(图2)

  该项技术的发明者是美国斯坦福大学的精神病学专家Karl Deisseroth,现在Karl正对一位患有重度抑郁症的女士Sally进行迷走神经电刺激治疗,希望对她的病情有改善。任何伟大的发明都不是一撮而就的,正如牛顿所说,你必须站在巨人的肩膀上。在此,大厨先给大家梳理一下神经领域的几个技术革新以及相关进展,然后再告诉大家光遗传学是如何被发现的。

  17世纪晚期,发现电脉冲可以刺激死青蛙的腿颤动;20世纪50年代,在人类大脑中植入电极,进行精神病的治疗;之后的90年代,出现了功能磁共振成像技术;而以上的发现都无法精准控制每一个神经元,这就是最大的局限性。

  2002年,美国斯隆凯特琳纪念癌症中心的Gero Miesenbock首次利用果蝇视网膜上的视蛋白赋予脑细胞以光敏感性;

  2003年,德国人首次将池塘里绿藻中的视蛋白导入人类肾细胞,细胞会对闪烁的蓝光产生反应;

  2004年,我们的主人公Karl在斯坦福建立自己的独立课题组,聘请了另一位博士生张峰(对,就是现在大名鼎鼎的CRISPR/CAS9技术应用者张峰),开展了将藻类视蛋白导入脑细胞的研究;

  2005年,Karl关于光遗传学的第一篇论文投稿至Science和Nature均被拒稿,理由是很原创但没有实际用途,最后被影响因子仅为15分Nature Neuroscience接受并发表(想必S和N现在肯定后悔莫及,也从侧面告诉我们好的工作不一定非要发表在CNS)。当然,之后的故事大家可以去pubmed一下,Karl的课题组迅速的九游娱乐官方平台发表了一系列与光遗传学相关的CNS文章,从而推动了该领域的迅猛发展;

  2013年,奥巴马政府宣布光遗传学作为脑研究计划的主要组成部分之一,如同现在的精准医疗计划,将开启现在医学发展的新时代。

  Karl的实验室同时开发了另外一项技术:CLARITY技术,能使九游娱乐官方平台大脑透明,并提供完整无损的神经网络3D图像,包括精细回路和分子连接。

一位医生的科研之路——光遗传学的前世今生(图3)

  说到这里,对于现年43岁Karl本人,他的妻子Michelle Monjie也是一位神经学家,同时他也是三个孩子的老爸。Karl一直被认为是有点邋遢的创意写作叫兽,平时喜欢穿T恤、牛仔裤和破夹克以及开着一辆破皮卡。早年纠结于当医生、科学探索和创意写作之间,现在看来他是找到了很好的平衡点,从病人出发,为病人着想,进行科学研究,并在闲暇之余写写小说。