光遺傳學(xué)使用光來(lái)控制大腦過(guò)程。它基于光控蛋白質(zhì)，例如通道視紫紅質(zhì)-2，一種在暴露于光線時(shí)打開(kāi)的離子通道，從而激活細(xì)胞過(guò)程。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)闡明了它的作用方式。

巨大的治療潛力研究人員認(rèn)為光遺傳學(xué)具有巨大的治療潛力。“可以用光來(lái)使盲人看到或治療帕金森病患者的激動(dòng)性麻痹，”克勞斯·格威特解釋說(shuō)。

由Peter Hegemann發(fā)現(xiàn)，通道視紫紅質(zhì)-2是光遺傳學(xué)中的中心光活化蛋白。如果將該離子通道應(yīng)用于神經(jīng)細(xì)胞，則可以通過(guò)光打開(kāi)通道，從而激活細(xì)胞。

在過(guò)去，科學(xué)家們無(wú)法就如何激活頻道達(dá)成一致?！暗怯捎趯?duì)蛋白質(zhì)中的分子反應(yīng)以及由此產(chǎn)生的離子電導(dǎo)率的理解，這對(duì)于優(yōu)化蛋白質(zhì)的潛在應(yīng)用至關(guān)重要，”Gerwert說(shuō)。

兩條平行路徑

波鴻和柏林的研究人員通過(guò)聯(lián)合力量，詳細(xì)了解了該頻道的激活方式。通過(guò)結(jié)合時(shí)間分辨傅立葉變換紅外光譜，生物分子模擬和電生理實(shí)驗(yàn)，他們證明了光激發(fā)觸發(fā)了兩種不同的結(jié)構(gòu) – 而不像之前假設(shè)的那樣只有一種結(jié)構(gòu)。其中之一導(dǎo)致在光遺傳學(xué)中使用所需的通道激活。平行路徑僅提供弱質(zhì)子流;然而，曝光時(shí)間越長(zhǎng)，獲得優(yōu)勢(shì)越多并且抑制所需的通道激活。因此，光遺傳工具很快開(kāi)始失去其有效性。“如果我們通過(guò)實(shí)施特定的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)來(lái)阻斷不需要的平行路徑，我們可以大大優(yōu)化光遺傳學(xué)工具，”Gerwert總結(jié)道。

波鴻研究人員對(duì)波紋視紫紅質(zhì)的研究進(jìn)行了研究，他們借鑒了他們?cè)诠怛?qū)動(dòng)質(zhì)子泵細(xì)菌視紫紅質(zhì)機(jī)制方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，他們?cè)趲啄昵熬鸵呀?jīng)詳細(xì)解決了這一問(wèn)題。“就像在細(xì)菌視紫紅質(zhì)中一樣，蛋白質(zhì)結(jié)合的水分子在質(zhì)子傳導(dǎo)性中起著至關(guān)重要的作用，”Klaus Gerwert解釋道。