查看通过拉曼光遗传学镜头

(图源:混合光纤与遗传学研究大脑)创造了一个革命性的工具

大脑的理解和操作组件”,神经科学的主要挑战是只是一种类型的神经元控制的难度一次!欧洲杯线上买球”弗朗西斯·克里克预言在1979年。卡尔·戴瑟罗斯,他发明了“光遗传学”,指出它帮助科学家克服这个挑战。光遗传学基因的组合和光学方法实现功能控制的事件在特定的活细胞。

也就几十年,因为这一技术的可能性,光遗传学,开发“channelrhodopsin-1”的发现,离子通道蛋白反应。第一次封闭通道光激单组分蛋白质在1971年被发现。2002年,光敏蛋白质channelrhodopsin-1发现于单细胞绿藻(它辅助藻类游泳对光线进行光合作用);在短短三年,视紫红质基因带入海马神经元,导致光遗传学(授予毫秒精度控制神经元飙升)。

光遗传学是一种技术,允许有针对性、快速控制的精确定义事件在生物系统一样复杂的自由移动的哺乳动物。

卡尔·戴瑟罗斯在光遗传学特点,“方法”2010年,自然的方法

这项技术是基于离子作为常见的信号传输中介原则,光敏蛋白质和activity-behavior反应的神经元。蛋白质通道设计成神经元导致反应轻,后续代离子流入和传输信号的神经元。使用基因,这些蛋白质(optogenetic探针)表达所需的和特定的神经元。光敏感离子通道细菌视紫红质、紫和脑细胞,函数一样快,单组分optogenetic工具神经元。没有观察到避免免疫反应在介绍低场生物体的蛋白质变成一个高度复杂的哺乳动物系统;两个相隔一个大进化的差距,然而,令人惊讶的是,这个技术是功能和成功的一些将军的调整策略,使哺乳动物表达。这些离子也可以用于其他的细胞,如心脏细胞和骨骼肌细胞。

发展这种技术涉及可调谐性不同的变量。的变化包括许多敏感离子通道后,动态失活和恢复,这些离子通道对不同波长的光,类型的离子允许流入和传输信号,通道电导和膜贩运。这有助于高时间精度。

光遗传学的应用

光遗传学开辟了新的可能性的生物学的研究中,健康,疾病和疗法。光遗传学照亮脑功能和神经生理学。光遗传学导致神经精神障碍非常理解在更短的时间。的示例应用程序来研究基本的神经回路,包括天生的逃避反应,理解更复杂的电路所涉及的焦虑,抑郁,和药物成瘾,也研究蝴蝶的吻扩展反射。光遗传学也应用于恢复视力。损失后的感光细胞在视网膜退化性疾病,optogenetic工具传授视网膜光敏感度,恢复视网膜神经元的反应;这导致了动物模型的视觉引导的行为示范。

通过光遗传学的单组分控制自由移动的哺乳动物是在2007年,随着光纤接口。获得的读数是使用“光纤与光纤化学传感钨电极称为集成。“许多策略被实现协同设计集成光遗传学与互补的技术。

“微生物视蛋白的方法是继承传统的利用光作为干预生物学”。

从根本上讲,光遗传学依靠光技术。激光光遗传学的发展及其应用适合的可用性双波长脉冲同步。这些激光相干技术的完美来源anti-Stokes拉曼散射和受激拉曼散射。一个大乐队跨越~ 900 nm - 1350 nm允许汽车光谱从500 cm - 1 - 3500 cm - 1覆盖几乎整个生物喇曼窗口。利用双光子成像光遗传学,同时刺激和信号捕获完成。多光子显微镜通常用于实时成像在生物体的神经活动。光遗传学、多光子显微镜允许操作和观察神经元的动态响应。它还允许的能力谱分离技术来揭示一段亲密关系的空间分辨率与生物分子特异性的。集成光遗传学与定量容积拉曼成像(qVRI)允许三维可视化与细节的细胞,识别特定的内源性生物分子,和空间观察复杂的分化等生物学过程。这种技术被证明在一个大自然在2017年发表的论文。 The tools together will empower the imaging and analysis techniques, paving an understanding of the complex biological processes.

引用

1. 光遗传学。戴瑟罗斯,k(2010),自然的方法
2. 混合光纤与遗传学研究大脑创造了一个革命性的工具,布鲁斯高盛
3. 集成光遗传学与互补的方法在系统神经科学欧洲杯线上买球
4. 光遗传学的发展和应用,亲爱的Fenno,奥弗Yizhar,和卡尔戴瑟罗斯,神经科学的年度回顾,34 (1),389 - 412欧洲杯线上买球
5. 年度回顾的愿景,Optogenetic恢复方法科学、卷1:185 - 210欧洲杯线上买球
6. Neurophotonics和生物医学光谱
7. 定量容积拉曼成像三维细胞培养,自然通讯,2017年

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