利用光在动物体内操纵神经细胞活动的技术——“光遗传学（optogenetics）”正在引发关注。该技术彻底改变了神经科学和脑科学的研究，在其它领域的应用也逐步扩大。作为诺贝尔奖的有力候选，本报针对其意义和动向，采访了庆应义塾大学医学部教授田中谦二。
庆应义塾大学医学部教授田中谦二
——光遗传学是一种怎样的技术？
田中：“这是使用光以毫秒为单位精确操控特定神经细胞活动的技术。它使用了会因光产生结构变化的名为‘视紫质’的蛋白质。这一现象最早由美国斯坦福大学教授卡尔·戴塞罗思于2005年发现，如果能让从细胞外流入细胞内的‘通道视紫质’在神经细胞中表达，就能通过光照来控制神经的活动。”
“钠离子流入神经细胞会产生动作电位。戴塞罗思注意到，如果使用通道视紫质，就可以用光来操纵动作电位。通道视紫质原本是在藻类中发现的蛋白质，其发现者是德国柏林洪堡大学教授彼得·黑格曼，二人迟早会获得诺贝尔奖。”
——该技术的划时代意义是？
田中：“科学家们为阐明大脑的构造和功能进行了各种研究。神经科学的相关成果获得诺贝尔奖的虽然也不少，但主要集中在观察技术上。例如神经系统的构造研究、电子计算机断层扫描装置（CT）、核磁共振成像装置（MRI），以及下村修博士发现的绿色荧光蛋白（GFP）等。”
“神经科学的发展一直是由电生理学引领的。虽然电信号可以详细记录，但由于对神经细胞的刺激会广泛传播，所以只能进行粗略的操作。而光遗传学具有可以在活体动物体内操纵细胞活动，且具有高度的时间和空间准确性等难能可贵的特点。所以光遗传学使研究特定神经活动和行为之间的因果关系成为了可能。”
——目前有哪些值得关注的动向？
田中：“光遗传学的对象不仅限于神经细胞。还可以通过离子的出入，控制细胞内外的酸碱性等，可以扩展至所有生物学领域。例如，大脑中除神经细胞外，还存在胶质细胞。东北大学教授松井广等研究人员发现，当胶质细胞内部酸性化，就会释放谷氨酸，这是一项（有助于阐明大脑细胞死亡机制的）伟大工作。”
“将光遗传学应用于神经调节（nervous regulation）也非常令人期待。对于神经疾病和精神疾病，目前已有通过为植入脑内的电极通电，或从外部施加磁刺激的治疗方法，但其有效性机理尚不明确。使用光遗传学的研究将有助于阐明该机理、开发有效的治疗方法。”
象征着基础科学的重要性
光遗传学的发展过程与获得2008年诺贝尔化学奖的“绿色荧光蛋白（GFP）的发现与开发”非常相似。GFP是发光水母体内所含的一种荧光蛋白质，由下村修博士于1960年代发现。直到90年代， 产生GFP的基因才被确定，之后被作为基因活动可视化的可视化的实验工具而广泛普及。
用于光遗传学的蛋白质“通道视紫质”是2002年在藻类中发现的。2005年被用作与藻类没有直接关系的神经细胞实验工具，随后作为光遗传学的核心技术迅速得到广泛应用。目前被视为诺贝尔生理学医学奖、诺贝尔化学奖的有力候选。
GFP和光遗传学的共同点在于，水母、藻类等看似与医学相去甚远的生物学基础研究引导了创新技术的开发，成为体现基础科学重要性的象征。
日文：越川智瑛、《日经产业新闻》、2022/11/7
中文：JST客观日本编辑部
