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光遗传学的学习材料第1页/共19页第2页/共19页contents1.光遗传学的研究历史2.光遗传学的概念3.光遗传学的研究内容4.光遗传学的研究与进展第3页/共19页记忆消除棒第4页/共19页光真的可控大脑吗？在电影《黑衣人》中，特工处理完外星人出没现场之后都会掏出一个发光棒，让围观群众“往这儿看”，然后强光一闪，围观者的短时记忆就被抹去，不再记得见过奇怪外星生物的经历。光真的可控大脑吗？真的有这样的技术，能够用光来控制大脑吗？简短的答案是，有。但是可能没有电影里表现的那么简单。第5页/共19页1.光遗传学的研究历史早在1979 年和James Watson 同获诺贝尔化学奖的Francis Crick就提出神经科学的主要挑战是如何调控一种细胞而不影响其他细胞。第6页/共19页1.光遗传学的研究历史 1.电压门控通道：电极刺激 缺点：电极太粗糙，插入脑内给予电刺激会影响到插入处的许多神经元，而且电信号也很难精确地中止神经元的兴奋 2.化学门控通道：药物刺激 缺点：药物不够专一，而且反应要比神经活动慢得多另辟新径：自己制造光通道蛋白第7页/共19页2.光遗传学的概念“光遗传学” 是一种技术，将重组DNA 技术与光学技术结合起来，成为细胞生物学研究的有力工具。第8页/共19页2.光遗传学的概念一个是作为控制蛋白，用来调制活组织中靶细胞的专一活动一个是向细胞内引进报告蛋白，也就是将荧光蛋白( 发光蛋白) 与目标蛋白融合表达第9页/共19页3.光遗传学的研究内容1.光遗传学工具2.光遗传学工具导入机体途径3.光传导工具4.常用的模式动物第10页/共19页3.1光遗传学工具1、神经元兴奋型光遗传学工具(1)、ChR2（Channelrhodopsin-2），是一种受光脉冲控制的具有7次跨膜结构的非选择性阳离子通道蛋白，可以快速形成光电流，使细胞发生去极化反应。 第11页/共19页3.1光遗传学工具名称特性ChETA导电阶段形成及衰退的更快SFO阶跃功能，由单一蓝光脉冲激活，由黄光脉冲导致失活SFO-ChR2(D156A)表现出更长的失活时间常数，长至8分钟SSFO种稳定的SFO突变体，失活时间常数为30分钟VChR1光波长比ChR2 红移了约70 nm第12页/共19页3.1光遗传学工具神经元抑制型光遗传学工具 NpHR（halorhodopsins），目前为止只有一种抑制型光遗传学工具，从盐咸古菌中提取得到的，是一种光驱动的氯离子通道，对其运用较早，用于引起神经元超极化抑制神经电传导。生化控制型光遗传学工具 optoXRs，视紫红质的衍生家族，属于typeⅡ型视蛋白，用以控制特殊生化反应，从而操控动物行为和活动。第13页/共19页3.2 光遗传学工具导入机体途径1.基因重组技术2.病毒载体 主要应用为慢病毒第14页/共19页3.3 光传导工具离体实验：直接使用过滤光或发光二极管照射即可。体内实验：体内实验时主要使用激光，利用光导纤维，研究人员可以精确地将光导入动物体内，甚至是脑的任何部位来开展研究第15页/共19页3.4 模式动物 光遗传学技术目前研究中比较常用的模式动物主要有秀丽隐杆线虫、蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠和灵长类动物。 这些动物普遍具有发育和繁殖周期短、外源基因整合较容易的特点，这样有利于导入光敏蛋白基因并根据表达的状态进行筛选。第16页/共19页4.光遗传学的研究与进展利用光遗传学技术，科学家们把光感蛋白表达在小鼠的多巴胺能神经元上，然后在小鼠执行某项任务（比如走到笼子的一端的平台上）时给予光刺激使多巴胺能神经元兴奋，从而使小鼠产生愉悦感。实验表明经过训练后的小鼠会一次次地去主动完成任务从而获得愉悦感的奖励。第17页/共19页4.光遗传学的研究与进展第18页/共19页Thank you for listening第19页/共19页谢谢观看！