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神奇蛋白是如何发现的?
发布时间:2024-12-14
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你是否产生了一些问题:光敏通道蛋白是科学家从哪儿找到的呢?

光敏通道是一个简单但精密的分子设备,要寻找越简单的分子设备,就需要在越简单的生物中去寻找。

在自然界中有一种很简单的生物叫绿藻(Chlamydomonas reinhardtii)。它有两条鞭毛,摆动起来的动作就像自由泳一样,两条鞭毛交替划水。这种生物不仅“泳姿”有趣,还有一个很有意思的特点:对不同颜色的光具有不同的趋光性和避光性。绿藻的这一习性吸引了很多科学家的注意,因为这说明,绿藻体内可能有对光敏感的物质。

1980年,肯尼斯·福斯特(Kenneth W.Foster)发现绿藻中的感光蛋白类似于人眼中的感光蛋白——视紫红质,是一个需要视黄醛小分子的感光蛋白。但是绿藻中的光敏蛋白非常难以纯化,总是与其他膜蛋白混在一起。

1984年,PCR技术(多聚酶链式反应技术)出现。有了PCR技术,分子生物学的研究得到了突飞猛进的发展。皮特·海格曼(Peter Hegemann)与乔治·南吉尔(George Nagel)合作,利用这一技术进行研究。南吉尔是一位非常出色的电生理学家。通过电生理细胞记录技术,就能够像使用听诊器那样探测细胞,“倾听”细胞的神经电信号。在他们二位的合作下,光敏通道的面纱被揭开。他们发现,一个光敏通道只需要一个蛋白分子,就能完成接受光子和使细胞兴奋的功能,换句话说,一个光敏通道蛋白就兼有光感受器和效应器的功效。他们把发现的光敏通道命名为Channelrhodopsin,简称ChR。

找到了光敏通道蛋白是否就能够让哺乳动物体内不能感光的细胞拥有感光能力呢?

要实现这一点,还需要想办法把从微生物上已发现的光敏通道,在哺乳动物细胞内合成出来。海格曼与南吉尔进一步合作,将ChR蛋白在人源肾上皮细胞系中表达了出来。他们的研究结果提示全世界的科学家,ChR可以表达在其他类型的细胞上,并使这些细胞获得被光激活的能力。

2003年,这一研究成果发表,全世界的神经生物学家都为之兴奋,美国、日本的多所大学和研究机构的研究小组同时都开始了将ChR应用于光控神经活动的实验尝试。