2011值得關(guān)注的技術(shù)：光基礎(chǔ)電生理學(xué)
日期：2012-01-13 08:49:41
《Nature Methods》盤點(diǎn)2011年度技術(shù)，選出了最受關(guān)注的技術(shù)成果：人工核酸酶介導(dǎo)的基因組編輯（genome editing with engineered nucleases）技術(shù)。
除了進(jìn)一步編輯以外，《Nature Methods》也整理出了2011年最值得關(guān)注的幾項(xiàng)技術(shù)，分別為：單細(xì)胞技術(shù)（Single-cell methods）、功能基因組資源（Functional genomic resources）、糖蛋白組學(xué)（Glycoproteomics）、單倍體因果突變（Causal mutations in a haploid landscape）、單層光生物成像（Imaging life with thin sheets of light）、非模式生物（Non–model organisms）、光基礎(chǔ)電生理學(xué)（Light-based electrophysiology）和RNA結(jié)構(gòu)（RNA structures ）。
其中光基礎(chǔ)電生理學(xué)其實(shí)是之前獲得年度技術(shù)稱號的光遺傳學(xué)研究的一個(gè)方面，這種以光為基礎(chǔ)的電生理學(xué)（Light-based electrophysiology）技術(shù)是神經(jīng)生物學(xué)家一直希望能獲得突破的一個(gè)研究領(lǐng)域，因?yàn)樗麄兪至私庖诨罴?xì)胞中，插入檢測管，檢測電生理性能是多么困難的一件事情，從熟練的研究人員多么受到追捧就可見一斑。
目前電壓敏感性熒光染料已經(jīng)成為了分析細(xì)胞電生理特性的一個(gè)選擇，但是即使是這些染料能快速敏感的檢測到神經(jīng)細(xì)胞中的單行為電位，然而仍存在光毒性，以及傳遞方面的問題，阻礙了這一方法的廣泛應(yīng)用。
不過去年一些研究組還是取得了光基礎(chǔ)電生理學(xué)技術(shù)的一些進(jìn)展，比如來自日本理化學(xué)研究所的研究人員研發(fā)了大腦神經(jīng)研究方面的一種新型光傳感器，這種傳感器能檢測出活體大腦中神經(jīng)細(xì)胞中產(chǎn)生的電子變化，這有助于科學(xué)家們實(shí)時(shí)追蹤，研究分析大腦神經(jīng)活動(dòng)。
生命現(xiàn)象離不開細(xì)胞發(fā)揮著各種功能。實(shí)時(shí)了解細(xì)胞間的活動(dòng)狀況是揭開復(fù)雜生命謎團(tuán)和疾病治療方法獲取的重要途徑。在保護(hù)頭蓋骨的同時(shí)，對處理大腦龐大信息的大量神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)性成像是非常困難的。在這篇文章中，研究人員成功開發(fā)出能夠在活著的大腦內(nèi)檢測出神經(jīng)細(xì)胞中產(chǎn)生的電子變化的光傳感器，這種光傳感器就是一種電位敏感熒光蛋白：VSFP2.3/2.42。而且研究人員首次在小鼠腦部特定部位遺傳性編入這一蛋白，并通過刺激一根胡須后實(shí)時(shí)記錄了產(chǎn)生的神經(jīng)活動(dòng)情況。
除此之外，哈佛大學(xué)的研究人員還通過分析大腸桿菌的個(gè)體細(xì)胞中的類似神經(jīng)元放電那樣的尖峰電脈沖，獲得了檢測某個(gè)細(xì)菌細(xì)胞膜的電壓的方法。這種方法就是他們研制的一種熒光蛋白的雞尾酒，這種方法可像生物探針那樣對個(gè)體大腸桿菌活細(xì)胞進(jìn)行電生理測量。
研究人員將這種新的光學(xué)傳感器稱為PROPS。通過這種方法，研究人員驚訝的發(fā)現(xiàn)許多細(xì)菌細(xì)胞會(huì)有電光閃爍，有些細(xì)胞緩慢地閃爍，有些則快速地閃爍，頻率在一赫茲左右。他們還通過一系列的試驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)，這種電尖峰信號可能與這些細(xì)菌細(xì)胞中的離子通道的開放有關(guān)。這種PROPS探針將有助于確定在醫(yī)學(xué)、環(huán)境和工業(yè)中具有重要意義的多種細(xì)菌的膜電位或電壓的角色。
還有的研究人員通過一種死海微生物的熒光蛋白，開發(fā)了追蹤大腦電信號的一個(gè)新方法——這種蛋白有侵害性和毒性，因此可以跟蹤神經(jīng)元而不傷害它們。
研究人員將這種蛋白作為一個(gè)超高速電位感受器，利用古視紫紅質(zhì)-3（archaerhodopsin-3）或Arch作為電子感受器，從中推斷電的潛能可能會(huì)改變蛋白的顏色，被檢測到后可以作為一種電子監(jiān)控。
