光遺傳學使用光來控制大腦過程。它基于光控蛋白質，例如通道視紫紅質-2，一種在暴露于光線時打開的離子通道，從而激活細胞過程。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)闡明了它的作用方式。

巨大的治療潛力研究人員認為光遺傳學具有巨大的治療潛力。“可以用光來使盲人看到或治療帕金森病患者的激動性麻痹，”克勞斯·格威特解釋說。

由Peter Hegemann發(fā)現(xiàn)，通道視紫紅質-2是光遺傳學中的中心光活化蛋白。如果將該離子通道應用于神經(jīng)細胞，則可以通過光打開通道，從而激活細胞。

在過去，科學家們無法就如何激活頻道達成一致。“但正是由于對蛋白質中的分子反應以及由此產生的離子電導率的理解，這對于優(yōu)化蛋白質的潛在應用至關重要，”Gerwert說。

兩條平行路徑

波鴻和柏林的研究人員通過聯(lián)合力量，詳細了解了該頻道的激活方式。通過結合時間分辨傅立葉變換紅外光譜，生物分子模擬和電生理實驗，他們證明了光激發(fā)觸發(fā)了兩種不同的結構 – 而不像之前假設的那樣只有一種結構。其中之一導致在光遺傳學中使用所需的通道激活。平行路徑僅提供弱質子流;然而，曝光時間越長，獲得優(yōu)勢越多并且抑制所需的通道激活。因此，光遺傳工具很快開始失去其有效性。“如果我們通過實施特定的蛋白質設計來阻斷不需要的平行路徑，我們可以大大優(yōu)化光遺傳學工具，”Gerwert總結道。

波鴻研究人員對波紋視紫紅質的研究進行了研究，他們借鑒了他們在光驅動質子泵細菌視紫紅質機制方面的豐富經(jīng)驗，他們在幾年前就已經(jīng)詳細解決了這一問題。“就像在細菌視紫紅質中一樣，蛋白質結合的水分子在質子傳導性中起著至關重要的作用，”Klaus Gerwert解釋道。