พันธุศาสตร์เชิงแสง

พันธุศาสตร์เชิงแสง (อังกฤษ: Optogenetics) เป็นเทคนิคทางชีววิทยาซึ่งใช้แสงเพื่อควบคุมเซลล์ในเนื้อเยื่อที่ยังมีชีวิตอยู่โดยเฉพาะนิวรอน โดยจะเป็นเซลล์ที่ได้ดัดแปลงพันธุกรรมให้แสดงออกช่องไอออนที่ไวแสง เป็นวิธีปรับเปลี่ยนระบบประสาทในประสาทวิทยาศาสตร์ ที่ผสมเทคนิคต่าง ๆ จากทัศนศาสตร์ (optics) และพันธุศาสตร์ เพื่อควบคุมและเฝ้าสังเกตการทำงานของเซลล์ประสาทเดี่ยว ๆ ภายในเนื้อเยื่อที่ยังมีชีวิตอยู่ (in vivo) แม้กระทั่งภายในสัตว์ที่เคลื่อนไวได้ และเพื่อวัดผลที่ได้จากการควบคุมปรับเปลี่ยนในเวลาจริงตัวทำปฏิกิริยาสำคัญที่ใช้ในศาสตร์นี้ก็คือโปรตีนไวแสง เพราะการควบคุมเซลล์ประสาทจะทำด้วยตัวกัมมันต์ (optogenetic actuators) เช่น channelrhodopsin, halorhodopsin, และ microbial rhodopsin ในขณะที่การบันทึกแสงเนื่องจากการทำงานของเซลล์จะทำด้วยตัวรับรู้ (optogenetic sensors) ที่ใช้กับ calcium (GCaMP) กับการปล่อยสารสื่อประสาทจากถุงเล็ก (synapto-pHluorin) กับสารสื่อประสาท (GluSnFRs) หรือกับความต่างศักย์ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ (Arc Lightning, ASAP1) โดยการควบคุมและการบันทึกข้อมูลจะจำกัดอยู่ที่เซลล์ประสาทซึ่งดัดแปลงพันธุกรรม และจะจำกัดที่และเวลาโดยเฉพาะเพราะต้องอาศัยแสง

การประยุกต์ใช้พันธุศาสตร์เชิงแสงโดยหลักแบ่งเป็น 3 ขั้นตอนคือ (1) การระบุหรือการสังเคราะห์โปรตีนไวแสง (อ็อปซิน) ชนิดหนึ่ง เช่น Channelrhodopsin-2 (ChR2), Halorhodopsin (NpHR) เป็นต้น (2) การออกแบบระบบเพื่อใส่สารพันธุกรรมที่มีอ็อปซินเข้าไปในเซลล์เพื่อให้โปรตีนได้การแสดงออก เช่น Cre-Recombinase หรือ Adeno-Associated-Virus (3) การใช้อุปกรณ์ที่ส่องแสงไฟเพื่อควบคุมการทำงานของเซลล์และ/หรือการใช้ตัวรับรู้ในการบันทึกการทำงานของเซลล์

เชิงอรรถและอ้างอิง

1. Pama, E. A. Claudia; Colzato, Lorenza S.; Hommel, Bernhard (2013- 01-01). "Optogenetics as a neuromodulation tool in cognitive neuroscience". Cognition. 4: 610. doi:10.3389/fpsyg.2013.00610. PMC 3764402. PMID 24046763. Check date values in: |date= (help)
2. "opto-", Merriam-Webster Collegiate Dictionary (11 ed.), Springfield, Massachusetts, USA: Merriam-Webster, Inc., 2003 Function: combining form Etymology: Greek optos, verbal of opsesthai 1 : vision <optometry> 2 : optic and <optoelectronics>
3. Deisseroth, K.; Feng, G.; Majewska, A. K.; Miesenbock, G.; Ting, A.; Schnitzer, M. J. (2006). "Next-Generation Optical Technologies for Illuminating Genetically Targeted Brain Circuits". Journal of Neuroscience. 26 (41): 10380–6. doi:10.1523/JNEUROSCI.3863-06.2006. PMC 2820367. PMID 17035522.
4. Mancuso, J. J.; Kim, J.; Lee, S.; Tsuda, S.; Chow, No B. He; Augustine, G. J. (2010). "Optogenetic probing of functional brain circuitry". Experimental Physiology. 96 (1): 26–33. doi:10.1113/expphysiol.2010.055731. PMID 21056968.
5. Treger, Jeremy. "Single-molecule fluorimetry and gating currents inspire an improved optical voltage indicatorljournal=eLifeldate=2015". 4: e10482. doi:10.7554/eLife.10482. PMC 4658195. PMID 26599732. Cite journal requires |journal= (help)

แหล่งข้อมูลอื่น

• Optogenetics Resource Center, maintained by the Deisseroth lab.
• Synthetic Neurobiology Group, MIT, the portal of the Boyden lab.
• OpenOptogenetics.org, an optogenetics wiki, and its [[https://web.archive.org/web/20180113203742/http://openoptogeneticsblog.org/ Archived 2018-01-13 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน companion blog].
• Molecular Neurogenetics and Optophysiology Laboratory,"Optogenetic activation and silencing recordings of individual prefrontal cortical neurons in vivo and in vitro.
• Sohal lab portal 2010-12-13 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Nurmikko lab portal 2011-03-22 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Lab of Dr. Zhuo-Hua Pan 2010-12-15 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Optophysiology at the Tyler lab 2010-09-13 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Video: Ed Boyden on Optogenetics -- selective brain stimulation with light (SPIE Newsroom, April 2011)