광 유전학이란?

Optogenetics는 유전자 기술과 광학 기술의 조합을 사용하여 세포 작용을 제어합니다. 이 방법은 빛에 노출 될 때 세포 반응을 일으키는 생화학 물질의 발견으로 시작되었습니다. 과학자들은 이러한 단백질을 코딩하는 유전자를 분리함으로써 다른 살아있는 세포에서 빛 반응을 자극하기 위해 이들 단백질을 사용합니다. 광 유전학으로부터 얻은 지식은 연구자들에게 다양한 질병 과정에 대한 더 큰 통찰력을 제공합니다.

1970 년대 과학자들은 특정 유기체가 일반적으로 세포막을 가로 지르는 전하를 제어하는 ​​단백질을 생산한다는 것을 발견했습니다. 이 단백질은 특정 파장의 빛에 노출 될 때 세포 사이에 상호 작용을 일으켰습니다. 일반적으로 G- 단백질이라고하는이 단백질은 opsins로 알려진 유전자 그룹에 의해 암호화됩니다. 이 기간 동안 연구원들은 bacteriorhodopsin이 녹색 빛에 반응한다는 것을 발견했습니다. 추가 연구는 채널 로돕신 및 할로 로돕신을 포함한 옵신 가족의 다른 구성원을 발견했습니다.

2000 년부터 2010 년까지 신경 과학자들은 옵신 유전자를 추출하여 다른 살아있는 세포에 삽입하여 동일한 감광성을 얻는 것이 가능하다는 것을 발견했습니다. 처음에 사용 된 방법 중 하나는 opsin 유전자를 제거하고 양성 바이러스와 결합하여 페트리 접시의 살아있는 뉴런에 삽입하는 것입니다. 주입 된 세포가 녹색 빛의 펄스에 노출되었을 때, 뉴런은 이온 채널을 열어 반응했습니다. 채널이 열리면 세포에 이온이 유입되어 전류가 흐르면서 다른 뉴런과의 통신이 시작됩니다. 과학자들은 다른 G- 단백질이 서로 다른 밝은 색에 반응하여 칼슘 이온 채널과 에피네프린 방출을 억제하거나 강화한다는 것을 발견했습니다.

연구는 결국 소그룹의 생세포에 광 유전학을 적용하는 것에서부터 살아있는 포유류 대상을 사용하는 것에 이르기까지 진행되었다. 옵신 유전자를 마우스의 뇌에 도입함으로써 세포는 G- 단백질을 생산하기 시작했다. 이러한 G- 단백질과 광섬유를 사용하여 과학자들은 뉴런 발사 속도를 제어 할 수있었습니다. 그들은 또한 작은 광섬유를 전극으로 변환하여 세포 활동의 전기적 판독을 제공하는 방법을 개발했습니다. 이 뇌-컴퓨터 인터페이스를 통해 연구원들은 뇌 어디에서나 특정 세포 그룹을 평가하고 조절할 수 있습니다.

자기 공명 영상 (MRI)과 광 유전학을 결합함으로써 연구자들은 뇌의 신경 활동과 경로를 매핑 할 수 있습니다. 신경 기능의 복잡성을 탐구함으로써 의사는 정상 및 비정상 뇌 활동을 구성하는 요소를 더 잘 이해할 수 있습니다. 약물 및 전기 요법과 달리, 광 유전학은 특정 세포 및 경로의 조절을 허용합니다. 광 유전학으로부터 얻은 지식 및 기술은 또한 심장 세포, 림프구 및 인슐린 분비 췌장 세포의 기능의 제어를 허용한다.