2015年11月,这个领域被中国的北京大学、清华大学和中国科学院几个研究组的合作研究向前推进了一大步。这项工作由北京大学谢灿教授主持,发表在《自然·材料》(Nature Materials)上。研究结果显示,隐花色素实际上是一个大蛋白复合体的一部分,其中包括一个新发现的蛋白分子,被命名为MagR。MagR之前被叫做CG8198,包含有铁硫簇,能够聚合成为一条类似DNA的双螺旋分子链。这一蛋白分子是在从基因组上定位含有铁硫簇的蛋白时发现的。看起来,这些蛋白分子能够与Cry蛋白一起形成棒状结构,可以感应弱磁场而改变方向。研究人员还证实,这种复合体在许多能感知磁场的生物体中都存在,比如在信鸽的眼睛里。这让人们推测,生物体感知磁场的分子基础最终被确定了。这个发现在科学界引起了极大的轰动,它不但能帮助科学家深入解释地球磁场被感知的分子机制,而且这一蛋白复合体可以用来操控生物体,具有非常广阔的应用前景。
过去的几年里,有几项技术上的重大突破使得研究人员能够对生物体进行以往不可能实现的操控。例如其中一项非常关键的技术就是光遗传学(optogenetics)。利用这个技术,生物体能够在神经元中表达对光敏感的离子通道。将这些神经元暴露在光照下,就可能操控表达出光敏蛋白的神经元的活动,进而确认它们的功能。2010年,《科学》(Science)杂志将其列为那个十年的重大突破之一。这一方法的美妙之处在于,理论上它能通过一个开关在毫秒水平上来控制特定的神经活动。最初该技术主要应用于小型生物,如线虫和果蝇等。而在哺乳动物中,这一技术则难以应用,因为头骨会挡住大量入射光线,因此需要在大脑中植入光纤来控制神经元的开启和关闭。有人认为,也许能够通过将MagR磁敏感蛋白质的方向性与细胞功能耦合而在某种程度上克服光遗传技术的上述缺陷。或许,这能够使得神经元通过磁场而非光来激活,即所谓的“磁遗传学”。这种方法的好处显而易见,可以无需侵入性手术而在大型动物体外激活它的神经元。实际上,2015年9月,就有一篇文章发表在《科学通报》(Science Bulletin)上,声称的确实现了这样的效果,并将其命名为“磁遗传学”(magnetogenetics)。
《科学通报》的文章是由清华大学张生家领导的研究组发表的,他之前曾经是谢灿的合作者。这篇文章里用的蛋白质复合体和谢灿发现的是同一个,只是名字被叫做MAR而不是MagR。这篇文章称,通过基因工程技术在肌肉中表达了MAR蛋白的线虫,当暴露在磁场中时,肌肉会发生收缩。并且,通过基因工程技术在对触碰敏感的神经元内表达了MAR蛋白的线虫,在磁场开启时会产生回避行为,就像被触碰到了一样。这篇文章在学术界受到一定程度的质疑,因为这与光敏感的离子通道不一样,一个长棒形分子对磁场的反应是如何能激活神经元或肌肉的尚不清楚。更糟糕的是,《科学通报》发表这篇文章时,同行评议只用了2天时间,而谢灿发表在《自然·材料》上的文章则经历了几乎长达一年的审稿过程,谢和张的研究组及其所在的大学也因此对之前的研究协议产生了争议。不管争议如何解决,这个蛋白质复合体的发现毫无疑问是一项重大突破,就像光遗传学一样,可能预示着一个神经科学新纪元的到来。
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