Nat Methods人物：光控蛋白研究领衔者

　　

生物通报道：《Nature Methods》本月介绍了一位来自德国马普研究院的科学家：Ernst Bamberg，十年前，这位科学家与另外两位电生理研究领域的著名学者Georg Nagel和Peter Hegemann，共同开始了探索引导绿藻向光性的蛋白的道路，这种蛋白与之前所知的光感蛋白不同，比如光活化细菌离子泵，这种藻类视紫质（algal rhodopsins）蛋白属于光控离子通道，反应更快。

科学家们很难相信这种类似视紫红质的分子能作为一种离子通道——Bamberg教授说，“我们花了不少时间说服人们相信”，而Bamberg他们此时早已认识到这种光控离子通道的潜在价值。“在第一篇论文发表之前，我们就申请了一个专利，希望利用这种分子应用到电激活细胞上去，比如一些生物医药应用”（这一专利近期已被一家大型医药公司用于眼部视觉的基因治疗中）。

他们没有看走眼，现在这一离子通道视紫质（channelrhodopsins）已经成为了一项新技术的核心，这项技术就是在去年荣登Nature年度技术的光遗传学（optogenetics）。来自全球的研究人员纷纷报道了利用这种蛋白，调控神经元，心肌细胞，甚至活体小鼠和其它动物的信号的成果。这些应用又带来了新的惊喜，很少有人预期到这种微生物膜蛋白能用于动物细胞，“这对于我来说依然是个奇迹”，Bamberg说。

随着研究的深入，越来越多的光遗传学好消息传来，今年哈佛大学的一个研究小组通过激光刺激培养皿中自由游动的线虫的单个神经元，可以让它们开始或停止游动，给它们被抚摸的感觉，甚至可以促使它们产卵。这项技术有助于神经科学家更好地理解动物神经系统如何工作。

来自斯坦福大学的华裔研究组则接连设计了几种新颖的光遗传学工具，可以更好的分析活体哺乳动物大脑神经环路生理现象，比如他们将光遗传学技术结合细菌人工染色体（BAC）转基因策略成功构建了四种神经元可被蓝光激活的转基因小鼠动物模型。

除此之外，此次同期Nature Methods还报道Bamberg研究组的一项最新成果：看似简单的融合方法解决了光遗传学研究的一大问题。之前的研究表明channelrhodopsin-2受到蓝光的刺激时，会导致阳离子通过细胞膜，细胞去极化，神经元激活，而盐菌紫质（halorhodopsin）在受到橙色光的刺激时，则会引发氯离子通过细胞膜，细胞极化，阻止细胞激活。

如果能很好的利用这一现象，就能更好的通过光遗传学分析生物现象，但是要实现这个方法，却不容易，因为当细胞表达两种光遗传学蛋白的时候，它们表达两种蛋白的表达水平不均衡，一种可能很多，而另一种可能很少。而且不同细胞的表达比率也不一致。

为了解决这个问题，Bamberg研究组想到了一个看似简单的方法……

下篇：人物：他是如何一步步解决难题的

原文摘要：

The author file: Ernst Bamberg

Ernst Bamberg has grown used to surprises from microbial rhodopsins. About a decade ago, he, together with Georg Nagel and Peter Hegemann, characterized the proteins that help green algae move toward light. Unlike previously known light-sensing proteins, such as light-activated bacterial ion pumps, algal rhodopsins are light-gated ion channels that operate on a much faster time scale.