俄羅斯光遺傳學(xué)家識別出光敏感ChR2蛋白的結(jié)構(gòu)
俄羅斯莫斯科物理技術(shù)學(xué)院與國外的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)合作，成功識別出光敏感ChR2蛋白的三維結(jié)構(gòu)，這是在發(fā)現(xiàn)此種蛋白14年之后在光遺傳學(xué)領(lǐng)域的重大突破，相應(yīng)成果刊登在《科學(xué)》雜志上。
科研團(tuán)隊(duì)采用脂類作為培養(yǎng)基，將ChR2蛋白設(shè)置在其立方晶體結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)上（因?yàn)榧?xì)胞壁的主要成分為脂類，采用脂類作為培養(yǎng)基不會對ChR2蛋白性能產(chǎn)生影響）。在一定的溫度和濃度條件下，蛋白可在復(fù)雜表面生長，這個過程類似于密封盒子中的一堆褶皺紙，由于褶皺的原因二維紙上的點(diǎn)可到達(dá)三維盒子中的任何一點(diǎn)，由此蛋白質(zhì)分子可到達(dá)生長晶格的任何節(jié)點(diǎn)上（生物學(xué)上稱之為in meso）。
采用波長大約為1?的X射線對培養(yǎng)出的晶格結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行輻射處理（該波長比ChR2蛋白原子間距稍短）可獲得衍射圖，對衍射圖進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，由此識別出ChR2蛋白的三維結(jié)構(gòu)。
在此成果的基礎(chǔ)上，光遺傳學(xué)家將對天然ChR2蛋白進(jìn)行改性處理，提高其性能，并研發(fā)對特定波長光具有反應(yīng)的一整套ChR2蛋白，由此采用不同波長的光可獨(dú)立、并行地對細(xì)胞進(jìn)行控制。
光遺傳學(xué)是一種通過光學(xué)技術(shù)和遺傳學(xué)技術(shù)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)控制細(xì)胞行為的方法。該技術(shù)的關(guān)鍵是：先給活體細(xì)胞轉(zhuǎn)入一種特殊蛋白，使其對不同顏色光的刺激具有敏感反應(yīng)，再利用不同波長的激光照射來激活或者抑制細(xì)胞的功能。此項(xiàng)技術(shù)在2010年被《科學(xué)》雜志評選為“本年度最受關(guān)注科技成果技術(shù)”之一。
2003年，生物學(xué)家從一種名為Chlamydomonasreinhardtii的綠藻中成功分離出ChR2蛋白作為光敏感蛋白，此種蛋白具有反應(yīng)速度快、安全的特點(diǎn)。將其安置在活體細(xì)胞壁上，在光指令的引導(dǎo)下可向細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入相應(yīng)陽離子，實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞的控制。由此，科學(xué)家利用ChR2蛋白并采用光刺激可達(dá)到控制細(xì)胞的目的。此項(xiàng)技術(shù)可用于恢復(fù)受損傷的視力或聽覺系統(tǒng)，控制肌肉收縮，并可用于研究人類情感和采納決定等生理過程。
