俄罗斯光遗传学家识别出光敏感ChR2蛋白的结构

  俄罗斯莫斯科物理技术学院与国外的联合科研团队合作，成功识别出光敏感ChR2蛋白的三维结构，这是在发现此种蛋白14年之后在光遗传学领域的重大突破，相应成果刊登在《科学》杂志上。

  科研团队采用脂类作为培养基，将ChR2蛋白设置在其立方晶体结构的节点上（因为细胞壁的主要成分为脂类，采用脂类作为培养基不会对ChR2蛋白性能产生影响）。在一定的温度和浓度条件下，蛋白可在复杂表面生长，这个过程类似于密封盒子中的一堆褶皱纸，由于褶皱的原因二维纸上的点可到达三维盒子中的任何一点，由此蛋白质分子可到达生长晶格的任何节点上（生物学上称之为in meso）。

  采用波长大约为1？的X射线对培养出的晶格结构材料进行辐射处理（该波长比ChR2蛋白原子间距稍短）可获得衍射图，对衍射图进行数学分析，由此识别出ChR2蛋白的三维结构。

  在此成果的基础上，光遗传学家将对天然ChR2蛋白进行改性处理，提高其性能，并研发对特定波长光具有反应的一整套ChR2蛋白，由此采用不同波长的光可独立、并行地对细胞进行控制。

  光遗传学是一种通过光学技术和遗传学技术结合来实现控制细胞行为的方法。该技术的关键是：先给活体细胞转入一种特殊蛋白，使其对不同颜色光的刺激具有敏感反应，再利用不同波长的激光照射来激活或者抑制细胞的功能。此项技术在2010年被《科学》杂志评选为“本年度最受关注科技成果技术”之一。

  2003年，生物学家从一种名为Chlamydomonasreinhardtii的绿藻中成功分离出ChR2蛋白作为光敏感蛋白，此种蛋白具有反应速度快、安全的特点。将其安置在活体细胞壁上，在光指令的引导下可向细胞内导入相应阳离子，实现对细胞的控制。由此，科学家利用ChR2蛋白并采用光刺激可达到控制细胞的目的。此项技术可用于恢复受损伤的视力或听觉系统，控制肌肉收缩，并可用于研究人类情感和采纳决定等生理过程。