التقدم في علم الوراثة الضوئية

ضوءوراثةفي السنوات الأخيرة ، علم البصريات هو نوع من التكنولوجيا التي تدمج البصرياتسوفت ويرالسيطرة ، التلاعب الجيني ، الكهربية ، وهلم جرا . المبدأ الرئيسي هو أن الجينات الحساسة للضوء ( على سبيل المثال ، chr2 ، EBR ، nahr3.0 ، قوس أو optoxr ) يتم نقلها إلى أنواع معينة من الخلايا في الجهاز العصبي عن طريق التلاعب الجيني تقنية . photosensitive القنوات الأيونية يمكن أن تنتج انتقائية الكاتيونات أو أنيونات تحت أشعة مختلفة الطول الموجي التحفيز ، مما يؤدي إلى تغيير غشاء المحتملة على كلا الجانبين من غشاء الخلية ، وبالتالي تحقيق الهدف من الإثارة أو تثبيط انتقائي إلى الخلية .

photogenetic التكنولوجيا لديها مزايا عالية الدقة المكانية والزمانية و نوع الخلية خصوصية ، يتغلب على العديد من أوجه القصور في الطريقة التقليدية في السيطرة على نشاط الخلية أو الكائن الحي ، يمكن أن تحمل على التعريب غير الغازية عملية التحفيز على الخلايا العصبية ، وبالتالي تغيير حالة البحوث في مجال علم الأعصاب ، وتوفير وسائل ثورية في علم الأعصاب . ضوءوراثةالتكنولوجيا قد يؤدي أيضا إلى تطوير علاجات جديدة لمجموعة من أمراض الجهاز العصبي المركزي في المستقبل .

ضوءوراثةفي عام 2010 ، العديد من الحيوانات المختبرية الكلاسيكية ( ذبابة الفاكهة ، الديدان الخيطية ، الفئران ، الفئران ، الكشمير القرود ، القرود السلطعون ، الخ ) تم تطبيقها في مجال البحوث التطبيقية ، بما في ذلكالبحوث الأساسيةالتعلم والذاكرة ، الإدمان ، واضطرابات الحركة ، واضطرابات النوم ، مرض باركنسون نموذجاكتئاب .و نموذج حيواني من اضطرابات القلق .

في تطبيق تكنولوجيا علم الوراثة الضوئية ، يجب على العلماء أولا البحث عن البروتينات الحساسة للضوء . ثانيا ، نقل المعلومات الوراثية ذات الصلة ، أي من خلال تعداءالحيوانات المعدلة وراثياإنشاء نظام حساس البروتين .وراثة- نقل المعلومات إلى الخلية المستهدفة؛ في وقت لاحق ، استخدم العلماء السيطرة على المظاهرة ، من خلال التحكم في الزمان والمكان من مظاهرة ضوء خصوصية لتحقيق نشاط الخلايا المظاهرة . في هذه العملية ، يمكن للباحثين استخدام الأقطاب الكهربائية لقياس تأثير مضان من البروتينات الحساسة للضوء من خلال الكشف عن الجهد داخل وخارج غشاء الخلية ، ويمكن استخدام أجهزة الاستشعار الفلورسنت للكشف عن قراءات مختلفة من الخلايا ، ثم من خلال اختبار السلوك لتقييم تأثير تنظيم نشاط الخلايا على الحيوانات .

وبناء على هذا ، ضوءوراثةدراسة التقدم المحرز مؤخرا في مجال التكنولوجيا ، شياو بيان إجراء جرد من أجل تقديم العشاء على القراء .

الخلية : تقدم كبير ! توسيع مجموعة أدوات علم الوراثة الضوئية عن طريق السماح رودوبسين الوجه
دوي:10.1016/j.cell.2018.09.026

في دراسة جديدة ، والباحثين من معاهد مثل معهد هوارد هيوز الطبي في الولايات المتحدة قد وجدت طريقة جديدة لتعديل فئة من البروتينات الحساسة للضوء تسمى رودوبسين . . . . . . . من خلال عكس هذه البروتينات في أغشية الخلايا ، فإنها يمكن أن تنتج أدوات ذات خصائص مختلفة . النتائج التي نشرت على الانترنت في 18 تشرين الأول / أكتوبر 2018 في مجلة الخلية تحت عنوان " استكشاف أدوات بصرية من قبل مجموعة متنوعة من الأدوات السياسية رودوبسين " . المؤلفين جوشوا دودمان وألا كاربوفا من معهد هوارد هيوز الطبي . هذه التكنولوجيا تسمح الضوءوراثةعدد من البروتينات في الخلايا العصبية قد تضاعف في ضوء التلاعب في النشاط . هذه البروتينات الجديدة الهجين رودوبسين تمكن الباحثين من إجراء تجارب جديدة للمساعدة في تحليل دوائر الدماغ و دراسة العلوم العصبية وراء علاج مرض باركنسون .

مستوحاة من التطور ، بقيادة جنيفر براون ، رضا بهنام ، لوقا coddington ، جوان tervo ، هؤلاء الباحثين قد وضعت تقنية تكميلية من أجل تعديل جديد رودوبسين . . . . . . . وبصرف النظر عن الطفرات ، إعادة التركيب الجيني ، الذي يجمع بين مختلف المجالات الوظيفية من خلال إعادة التركيب الجيني ، يجعل من التنوع في الطبيعة . ويعتقد العلماء أن إعادة التركيب أمر بالغ الأهمية من أجل ظهور عدد قليل من البروتينات التي تتطور في أغشية الخلايا .

عندما قام الباحثون محاكاة المؤتلف بإضافة بروتين جديد في واحدة من نهاية رودوبسين ، انقلبت . هذا هو حقا غير متوقعة . إذا كان كل من القائمة أو المكتشفة حديثا رودوبسين يمكن الحصول على وظيفة جديدة عندما تحول ، وهذا يمكن أن يؤدي إلىوراثةأدوات البروتين في التكنولوجيا الحيوية . ليس فقط أنها يمكن أن تغير اتجاه البروتينات في أغشية الخلايا ، ولكن أيضا يمكن أن تجد هذه الرواية المعدلة رودوبسين * وظائف جديدة مفيدة . واحدة من هذه ، ودعا flinchr ( كامل طول انعكاس حقوق الإنسان ) ، هو تنشيط الخلايا العصبية في البداية . عندما يحدث هذا ، فإنه يتحول إلى قوية وسريعة المانع ، والتي يمكن استخدامها لإجراء تجارب جديدة .

علم الوراثة الضوئية اختراق كبير ! upconversion النانوية تساعد على تحفيز الدماغ العميق ! أو علاج الأمراض العصبية التخريبية !
دوي: 10.1126/science.aaq1144؛ دوي: 10.1126/science.aar7379

توماس ماكهيو ، رئيس قسم أبحاث الدماغ في معهد البحوث الفيزيائية والكيميائية في اليابان ( RIKEN ) وزملاؤه الآن العثور على طرق جديدة غير الغازية ضوء في أعماق الدماغ . في مقال نشر أمس في العلم ، أنها تستخدم upconversionنانوجزيئات ( ucnps ) توجيه الليزر إلى أعماق الجمجمة . هذانانويمكن أن تكون الجزيئات في ضوء التقليديةوراثةامتصاص الأشعة تحت الحمراء القريبة وتحويلها إلى الضوء المرئي . هذا الأسلوب يستخدم لتنشيط الخلايا العصبية في مناطق مختلفة من الدماغ ، إسكات الصرع وتفعيل خلايا الذاكرة . " جسيمات متناهية الصغر يمكن أن تزيد من عمق الألياف البصرية التي يمكن الوصول إليها ، مما يسمح ضوء التسليم عن بعد وغير الغازية العلاج " ، وقال ماكهيو .

بالإضافة إلى تنشيط الخلايا العصبية ، ucnps يمكن أن تستخدم أيضا لمنع الصرع في الفئران . الباحثون حقن الفئران الحصين مع جزيئات الضوء الأخضر ، ثم أشرق بالقرب من الأشعة تحت الحمراء على سطح الجمجمة . نتيجة الصرع الخلايا العصبية في هذه الفئران كانت صامتة بشكل فعال . في منطقة أخرى تسمى نواة الحاجز الإنسي ، الضوء المنبعث من جسيمات متناهية الصغر يعزز التزامن من الخلايا العصبية في دورة ثيتا ، هام من موجات الدماغ . في الفئران مع الخوف من الذاكرة ، استخدم الباحثون ucnps متوهجة التي نجحت في إثارة الخوف من الذاكرة في قرن آمون . تنشيط الخلايا العصبية ، تثبيط ، والذاكرة اثارة لوحظت فقط في الفئران التي تم حقن النانوية .

العلم : تعزيز تطوير علم الوراثة البصرية ! هيكل ثلاثي الأبعاد من porphyrin قناة 2
دوي: 10.1126/science.aan8862؛ دوي: 10.1126/science.aar2299

رودوبسين قناة 2 ( chr2 ) هو بروتين الغشاء الذي يستخدم على نطاق واسع في علم الوراثة الضوئية . ضوءوراثةالتكنولوجيا الجديدة نسبيا ينطوي على استخدام الضوء على التلاعب في الخلايا العصبية والعضلات في الكائنات الحية . وقد استخدمت أساليب مماثلة لعكس جزئيا فقدان السمع / البصر والسيطرة على تقلص العضلات .

من أجل الكشف عن هيكل chr2 ، والباحثين من ألمانيا وفرنسا وروسيا وجمهورية التشيك تستخدم تقنية تحليلية تسمى حيود الأشعة السينية . هذه التقنية تستخدم فقط لتحليل عينات من البروتين في شكل بلوري . أنها تزرع بلورات البروتين في ما يسمى مكعب الدهون mesophase يسمح البروتين للتحرك بحرية دون ترك الغشاء . أنها تستخدم الأشعة السينية مع الطول الموجي حوالي 1 أنغستروم للإشعاع على بلورة البروتين ChR2 مثقف ، من خلال تحليل حيود الأشعة السينية في بلورة البروتين ChR2 بنجاح تحليل هيكل . النتائج التي نشرت في 24 تشرين الثاني / نوفمبر ، 2017 ، مجلة العلوم ، ورقة بعنوان " الهيكلية insights into ion conduction by channelrhodopsin 2 " .

hippocampus : العلاج الضوئي أو استعادة الذاكرة في بعض المرضى الذين يعانون من مرض الزهايمر
دوي : 10.1002 / hipo.22756

في الآونة الأخيرة ، باحثون من جامعة كولومبيا نشرت في مجلة هيبوكامبوسوراثةيمكن استعادة الذاكرة في الفئران مع مرض الزهايمر . هذا الاكتشاف قد تغير فهمنا لهذا المرض .

أولا ، نحن تعديل وراثيا الماوس بحيث تنبعث منها ضوء الفلورسنت اللون عندما يتم تخزين الذاكرة ، في حين أن الأحمر مضان عندما يتم استعادة الذاكرة . في وقت لاحق ، الكاتب يقبلوراثةتعديل نوع البرية الفئران ترتبط مع مرض الزهايمر الفئران عن طريق تحفيز رائحة الليمون تليها التحفيز الكهربائي . بعد أسبوع ، الكاتب مرة أخرى أعطى الفئران تهيج رائحة الليمون . وأظهرت النتائج أن البرية من نوع الفئران يمكن أن تظهر في وقت واحد الأصفر والأحمر مضان ، والخوف من التعبير ، مما يشير إلى أن تشكيل الذاكرة ، ولكن أيضا استعادة الذاكرة ( recall ) . ومع ذلك ، فإن مناطق الدماغ في الفئران مع مرض الزهايمر متوهجة بشكل مختلف ، مما يشير إلى أن أدمغتهم قد اضطراب في عملية استعادة الذاكرة . في وقت لاحق ، استخدم الباحثون شعاع من الضوء الأزرق لتحفيز أدمغة الفئران التي يمكن أن تنشيط الذاكرة من رائحة الليمون و التحفيز الكهربائي ، مما أدى إلى ارتعاش في الفئران التي شممت رائحة مرة أخرى .

الخلية : علم الوراثة الضوئية يجعل الفئران القاتل المتجسد
دوي:10.1016/j.cell.2016.12.027

هناك قاتل في كل فأر . وقد حدد الباحثون مناطق الدماغ التي تتحكم في سلوك الحيوانات المفترسة ، ونجحت في العثور على وسيلة للسيطرة على التبديل . الدكتور إيفان دي أراوخو من جامعة ييل وزملاؤه العثور على اثنين من مجموعات من الأعصاب في الدماغ التي تتحكم في سلوك الفئران هانت ، واحد الذي ينسق مطاردة فريسة ، والآخر الذي يتحكم في عضلات الرقبة والفك السفلي ، سواء في اللوزة ، منطقة في الجسم التي تنطوي على الحركة ، والمشاعر ، والخوف .

من خلال تعديل هذه الأعصاب ، فإنها يمكن أن تنشيط هذه الأعصاب عن طريق الليزر ، تقنية تسمى الضوء .وراثةوهكذا ، فإن فريق البحث يمكن السيطرة على مفاتيح هذه المسارات في أي وقت . عندما يتم إيقاف تشغيل الليزر ، الفئران عادة المشي حول القفص ، وعندما يتم تشغيل الليزر ، الفئران بشكل محموم مهاجمة أي شيء في طريقهم : الصراصير الحية ، الحشرات وهمية ، وحتى الأغصان أو أغطية زجاجات . أنها سوف تقفز على الفريسة ، والاستيلاء على الفريسة مع مخالبهم و لدغة لهم مرارا وتكرارا .

في وقت لاحق ، حاول الباحثون تثبيط وظيفة كل مجموعة على حدة ، عندما كبح جماح الأعصاب المسؤولة عن مطاردة الفريسة ، الفئران طاردت ببطء أكثر ، ولكن لا تزال لدغة . وعلى العكس من ذلك ، إذا كانت الأعصاب المسؤولة عن العض يتم قمعها ، الفئران مطاردة الفريسة ، ولكن ليس لدغة .

oncotarget : السيطرة على الورم باستخدام علم الوراثة الضوئية
دوي:10.18632/oncotarget.8036

في دراسة جديدة ، باحثون من جامعة تافتس ، الولايات المتحدة الأمريكية ، على أساس نموذج الضفدع ، وأكد أن استخدام الضوء للسيطرة على الإشارات الكهربائية بين الخلايا ، ومنع تشكيل الأورام ، وتطبيع لهم بعد تشكيل الورم . وأفادت الدراسة باستخدام ضوءوراثةعلم الأحياء الدقيقة على وجه التحديد التلاعب الإشارات الكهربائية البيولوجية لمنع تشكيل الورم الناجم عن الجينات المسرطنة ، مما يؤدي إلىورم .تراجع . النتائج ذات الصلة التي نشرت على الانترنت في مجلة oncotarget في 16 آذار / مارس 2016 ، بعنوان " استخدام التشفير الوراثي ، ضوء جمع translocators للسيطرة على tumorigenesis " .

الضفادع هي نموذج جيد من الكائنات الحية المستخدمة في البحوث الأساسية في مجال السرطان ، لأن الأورام في الضفادع والثدييات لها العديد من الخصائص المشتركة ، بما في ذلك سرعة انقسام الخلايا ، وتدمير الأنسجة ، وزيادة نمو الأوعية الدموية ، التسلل ، والخلايا التي تحتوي على الفولتية الإيجابية الداخلية غير طبيعية . ما يقرب من جميع الخلايا السليمة الحفاظ على قدر أكبر من الجهد السلبي داخل الخلية من خارج الخلية . فتح وإغلاق القنوات الأيونية في أغشية الخلايا يمكن أن يؤدي إلى زيادة الجهد ( استقطاب الخلايا ) أو أكثر سلبية ( استقطاب الخلايا ) . في ظروف طبيعية أخرى ، واستخدامورم .يمكن الكشف عنها من قبل غير طبيعي bioelectric إشارة مميزة .

العصبية : حذف الذاكرة ؟ ربما في المستقبل
دوي:10.1016/j.neuron.2014.09.037

باحثون من جامعة كاليفورنيا في ديفيس مركز بحوث علم الأعصاب قد نجحت في إزالة الذاكرة الخاصة من أدمغة الفئران باستخدام الضوء في ورقة بحثية نشرت مؤخرا في مجلة علم الأعصاب ، والتي قد توفر بعض الأفكار حول كيفية أجزاء مختلفة من الدماغ تعمل معا لاستعادة الذاكرة العرضية .

ضوءوراثةعلم البصريات هو نوع جديد من التكنولوجيا التي تستخدم الضوء لدراسة الخلايا العصبية في السنوات الأخيرة ، وقد استخدم العلماء بسرعة كمعيار لدراسة وظائف الدماغ . في هذه الورقة ، kazumasa تاناكا ، الباحث الذي استخدم هذه التقنية في دراسة استعادة الذاكرة ، وما إلى ذلك لمدة 40 عاما ، افترض العلماء أن استعادة الذاكرة العرضية ( حتى لو حدث خاص في مكان معين ، وما إلى ذلك ) ينطوي على تنسيق الأنشطة بين القشرة المخية والحصين . هذه النظرية هو دراسة أنماط نشاط الدماغ في القشرة المخية والحصين أثناء استعادة الذاكرة العرضية ، وبالتالي تمكين الأفراد من تجربة تلك الأحداث مرة أخرى ، إذا الحصين التالفة ، ثم المرضى سوف تفقد الذاكرة لعقود .

في هذه المقالة ، استخدم الباحثونوراثةعندما تم تنشيط الخلايا العصبية في الفئران ، فإنها يمكن أن تنبعث منها مضان أخضر تماما عن البروتينات الخاصة التي يمكن أن تحفز الخلايا العصبية على إيقاف الضوء ، والباحثين تدريب الفئران في قفص ، قفص الفئران سوف تعاني من صدمة كهربائية ، في ظل الظروف العادية ، الفئران في البيئة الجديدة سوف تستخدم حاسة الشم على التكيف مع البيئة ، ولكن عندما تعرضوا للصدمة الكهربائية في البيئة الجديدة ، وسوف تكون في خوف من رد الفعل .

8 - الطبيعة : أمل جديد في أدوات علم الوراثة البصرية ، البصرية يحركها قناة الصوديوم KR2 هيكل تم تحليلها .
دوي:10.1038/طبيعت14322

العلماء اليابانيون في مجلة نيتشر ، التي نشرت مقالا أكاديميا ، وقال انهم قد حلل ضوء مدفوعة قناة الصوديوم البروتين KR2 هيكل ، الجيل القادم من الضوءوراثةأدوات التعلم يخلق إمكانية .

العديد من الكائنات الحية يمكن أن تمتص الطاقة من الضوء أو إدراك المعلومات من الضوء ، اعتمادا على جزيء رودوبسين . . . . . . . هذا الجزيء يحتوي على 7 ألفا حلزونية عبر الغشاء البروتين ( البروتين ) التي ترتبط تساهميا إلى جزيء الريتينول . . . . . . . اعتمادا على نوع من البروتين يمكن تقسيمها إلى الحيوانات والكائنات الحية الدقيقة . الكائنات الحية الدقيقة رودوبسين وظيفة مختلفة من الحيوانات ، وذلك أساسا بوصفها قناة أيون ، ايون الناقل ، جزيء حساس أو كيناز . هذه الكائنات الحية الدقيقة رودوبسين تلقى المزيد من الاهتمام . وهذا لأن القنوات الأيونية والمضخات الأيونية من نوع رودوبسين يمكن استخدامها في العديد من الكائنات الحية في نشاط الخلايا العصبية التي أصبحت قوية جدا في مجال علم الأعصاب .وراثةأدوات التعلم .

ويعتقد عموما أن أيونات الهيدروجين المشحونة إيجابيا في قاعدة شيف تقع في جميع القنوات الأيونية من photoionic مضخات ، ويعتقد أن تمنع مرور أنيون محايدة الجزيئات . تحليل هيكل KR2 يثير مسألة جديدة ، وهذا هو ، كيف هذا النوع من مضخة أيون ينقل أيونات الصوديوم .

الأعصاب : شيكاغو العلماء تحقيق اختراقات جديدة في علم الوراثة الضوئية
دوي:10.1016/j.neuron.2015.02.033

مع تطور العلمعلم التخلقفي الآونة الأخيرة ، المزيد والمزيد من البحوث التي أجريت في هذا المجال ، بدأ الناس الأمل في السيطرة على الدولة من الخلايا في الجسم الحي ، ولا سيما الخلايا العصبية ، من خلال التحفيز في المختبر . هذا المجال له تطبيق واسع الآفاق ، مثل علاج الأمراض الوراثية مثل البقعي . على هذا الأساس ، ضوءوراثةوقد أنشئت في الخلافة . حتى الآن ، ومع ذلك ، من أجل تحقيق هذا الهدف ، كان الباحثون على الخلايا العصبية المعدلة وراثيا . كما أنه يعوق إلى حد كبير تعميم هذه التكنولوجيا .

باحثون من جامعة شيكاغو وجامعة إلينوي في شيكاغو حققت اختراقات في هذا المجال . استخدم الباحثون الحرارة المتولدة من الأشعة تحت الحمراء للتحكم في نشاط الخلايا العصبية العادية في الحياة . بدلا من التعبير عن البروتينات الحساسة للضوء في الخلايا العصبية العادية ، والعلماء من شيكاغو اختار استخدام جزيئات الذهب لتحديد الخلايا العصبية . لمعالجة خصوصية جزيئات الذهب ، ربط الباحثون العقرب عصبي TS1 جزيئات الذهب . TS1 يمكن التعرف على الخلايا العصبية عن طريق تحديد قنوات الصوديوم على سطح الخلايا العصبية . هذا هو السبب في البشر لا إصلاح الخلايا العصبية .وراثةالهدف من التحكم في الضوء على نشاط الخلايا العصبية هو تحقيقها . ومع ذلك ، فإن الدراسة لا تزال في مرحلة مبكرة ، وقال الباحثون أيضا أن TS1 قد تكون سامة للخلايا العصبية . ونشرت الدراسة في مجلة العصبية .

نات طرق : الضيائي السيطرة على استهداف الخلايا
دوي: 10.1038/nmeth.3735

في دراسة نشرت في مجلة نيتشر methods ، باحثون من جامعة كارنيجي ميلونوراثةوقد وضعت تقنية مسبار الفلورسنت التي يمكن أن تساعد في فهم دور خلايا معينة والبروتينات في تطور المرض ، وتوفير الأمل في تطوير علاجات تستهدف السرطان أو غيرها من الأمراض في وقت لاحق .

علم الوراثة الضوئية هو استخدام الضوء للسيطرة على العمليات البيولوجية في الجسم ، والباحثين عادة إعادة برمجة المكونات النشطة ضوئيا في الكائن الحي رمز الوراثية لتحقيق السيطرة على ضوء عملية الخلية ، عندما تتعرض هذه المكونات إلى الضوء ، وسوف تعزز بعض أنسجة الجسم تلعب * وظائف مختلفة . استغرق الباحثون ما يقرب من 10 سنوات لتطوير تحقيقات الفلورسنت تسمى البروتينات النشطة ( FAPS ) التي غالبا ما تستخدم في الوقت الحقيقي رصد نشاط البروتينات في الخلايا الحية .وراثةعندما صبغة الفلورسنت مع نفس الاسم كما fluorogen يأتي في اتصال مع المجمع يضيء ، مما يسمح للعلماء لمراقبة وتتبع ذلك .

من أجل تطوير ضوءوراثةفي هذه المقالة ، ونحن هندسة الأصباغ الفلورية بحيث لا يمكن إلا أن تنبعث منها الضوء ، ولكن أيضا يمكن أن تنتج القميص الأوكسجين ( oxygen ) ، وهو شكل من أشكال الأكسجين السامة ، عندما جنبا إلى جنب مع فوسفورات تفعيل البروتين والتعرض للضوء ، استهداف فوسفورات تفعيل البروتين الضيائي تفعيل طريقة ( fap-taps ) تمكن العلماء من رؤية واضحة من المسمى البروتينات ، ولكن أيضا بشكل انتقائي قمع نشاط هذه البروتينات . وادي البيولوجية