天气日渐炎热,随着夏天的到来,蚊子带着恼人的“嗡嗡声”和令人发痒的红包又出现了。虽然绝大多数人都很讨厌可恶的蚊子,但最近蚊子却在一些科学家中受到欢迎,因为它们带来了有助于研究大脑的新工具。
近日,神经科学领域权威期刊Neuron上发表的一篇文章中,以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的Ofer Yizhar教授带领研究团队,从蚊子体内提取出一种特有的蛋白,并用它设计了一种改良的光遗传学方法,来研究大脑神经元之间的信息传递。新工具有望为理解和治疗神经、精神疾病带来新的方法,改进现有疗法。
光遗传学(optogenetics)自2005年问世以来在神经科学领域引起了不小的轰动。这是一种控制特定脑细胞和神经环路活动的技术,涉及将特殊的感光分子视紫红质(rhodopsin)表达在神经元中。然后,用一小束光照射脑组织,就可以控制这些神经元做出反应;关闭光源,则可以让神经通路恢复。
尽管世界各地的科学家利用光遗传学方法,已经取得了一些突破性成果。但在Yizhar教授看来,目前的方法还不是很完善,因为现有的视紫红质在控制突触的活动时往往不够完美。突触是神经元之间通过各种神经递质传递信息的重要连接。
Yizhar教授和他的研究团队相信,他们可以开发出更好用的视紫红质,打造更有效的“开关”控制神经信号在突触的传递。
“我们决定看看大自然是否能给我们什么启示。” Yizhar教授说。
神奇的大自然一次次帮人类突破科学的发展。事实证明,自然界中存在多种不同版本的视紫红质分子。这些版本分布于鱼类、昆虫甚至哺乳动物中,不仅存在于动物眼睛,还存在于其他身体部位;其功能也是多种多样,有些可能是为了调节动物的昼夜节律周期,另一些甚至还没人清楚有什么功能。
为了评估这种来源于蚊子的光遗传学新工具,研究人员进行了一系列测试。作为对比,他们使用了一种已知的药物来降低神经元之间的通讯强度,相比之下,表达蚊子的视紫红质来控制神经元,不但同样可以达到抑制突触信号传递的效果,而且干预的效果还比药物更加稳定。
接下来的小鼠实验中,研究人员验证了新工具的实用性,用它来阻止神经递质多巴胺在大脑一侧的释放。研究人员在小鼠一侧大脑半球表达了蚊子视紫红质,用绿光对其照射后,成功导致这些小鼠出现单侧旋转偏向的行为,关闭光源后动物又可以恢复正常。这些结果证明,新的光遗传学工具是精确、有选择性且可控的。
在这项研究中,Yizhar教授的团队已成功使用这种新方法调整、关闭和重新激活小鼠大脑中的通路。Yizhar教授说:“这是一项非常令人兴奋的技术,它让我们以一种以前不可能的方式发现大脑中特定通路的作用。我们认为这种蚊子蛋白可以开辟一条新的道路,开发一系列新的光遗传学工具,用于神经科学研究。”
研究人员设想,利用新工具精准控制突触活动的优势,研究人类脑疾病的科学家可以在动物的大脑中逐一“关闭”不同类型的突触,以便确定问题发生在哪里,以及可以采取什么措施来解决问题。在后续计划中,相关项目有望汇集各个领域的研究小组,共同努力揭开大脑的奥秘。最终目标是让我们更好地了解大脑,以及如何治疗各种脑部疾病。让我们拭目以待!
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