光遗传学技术

光遗传学（optogenetics）又称光刺激基因工程（optical stimulation plus genetic engineering），是一种通过光学和遗传学技术在活体动物脑内精准控制细胞行为的技术。由于其高度的时空特异性，光遗传技术广泛应用于神经科学研究领域。

2010年，光遗传学技术荣膺Nature Methods 年度生命科学技术。 2010年，被Science认为是近十年的突破之一。 光遗传学技术再次被Nature Methods评为2016年值得关注的八项技术之一。 未来，光遗传技术将对神经及精神领域疾病的治疗及神经科学以外的组织功能研究贡献更多力量。

一、光遗传学之前

1979年，Francis Crick提出，神经科学领域急需开发出一种控制技术，进而在不改变其它条件的情况下对大脑里的某种细胞进行操控。由于电刺激信号（electrode）无法对细胞进行精确的定位刺激，而化学药物起效速度慢，无法精确定时控制，于是Crick考虑是否可以利用光控技术。虽然微生物学家们早已发现一些可以表达可见光敏蛋白（visible light-gated protein），但当时还没人将此联系在一起。

二、光遗传学

1.光遗传学的发展历程

2005年8月Karl Deisseroth实验室发表的一篇文章为神经领域的科学家们带来了一项期待已久的新技术——光遗传学技术。这项技术的实现基于单组分控制工具——光敏蛋白的发现。

2.光遗传学原理

2005年8月Karl Deisseroth实验室发表的一篇文章为神经领域的科学家们带来了一项期待已久的新技术——光遗传学技术。这项技术的实现基于单组分控制工具——光敏蛋白的发现。

利用光敏通道蛋白在微秒级别通过光控制某一特殊类型的神经元。当使用特定波长的光照射神经元时，细胞膜上的光敏感离子通道将加速细胞与细胞外界区域间阳离子与阴离子的交换。光遗传学实际上是通过基因改造，使特定的神经元细胞展现出光敏感特性，同时不改变细胞的其他生理学特性。

光遗传学的基本原理（以ChR2和NpHR为例）

3、光遗传学操作步骤

在光遗传操作中，细胞会表达特定的编码光敏蛋白的基因，然后使用光来改变细胞的行为。光遗传学技术的应用主要包括以下几个关键步骤：

4、光遗传学所需的辅助技术

光遗传学技术包括的范围是广泛的。主要包括以下几种。

5、光遗传学技术的优势——高时空分辨率

光遗传学技术在根本上解决了如何精确调控细胞行为的问题。这基于其具有高度时空特异性的优势。光遗传学技术在时间上控制精度可达毫秒（ms）级别，空间精度可达单个细胞级别，是电信号刺激和化学药物所无法比拟的。

6、维真生物光敏通道蛋白

7、维真光遗传学产品列表

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