利用光在動物活體內操縱神經細胞活動的技術——「光遺傳學（optogenetics）」正在引發關注。該技術徹底改變了神經科學和腦科學的研究，在其它領域的應用也逐步擴大。作爲諾貝爾獎的有力候選，本報針對其意義和動向，採訪了慶應義塾大學醫學部教授田中謙二。
慶應義塾大學醫學部教授田中謙二
——光遺傳學是一種怎樣的技術？
田中：「這是使用光以毫秒爲單位精確操控特定神經細胞活動的技術。它使用了會因光產生結構變化的名爲‘視紫質’的蛋白質。這一現象最早由美國斯坦福大學教授卡爾·戴塞羅思於2005年發現，如果能讓從細胞外部流動入細胞内的‘通道視紫質’在神經細胞中表達，就能透過光照來控制神經的活動。」
「鈉離子流入神經細胞會產生動作電位。戴塞羅思注意到，如果使用通道視紫質，就可以用光來操縱動作電位。通道視紫質原本是在藻類中發現的蛋白質，其發現者是德國柏林洪堡大學教授彼得·黑格曼，二人遲早會獲得諾貝爾獎。」
——該技術的劃時代意義是？
田中：「科學家們爲闡明大腦的構造和功能進行了各種研究。神經科學的相關成果獲得諾貝爾獎的雖然也不少，但主要集中在觀察技術上。例如神經系統的構造研究、電子斷層掃描裝置（CT）、核磁共振造影裝置（MRI），以及下村修博士發現的綠色螢光蛋白（GFP）等。」
「神經科學的隊形變換一直是由電生理學引領的。雖然電訊號可以詳細記錄，但由於對神經細胞的刺激會廣泛傳播，所以只能進行粗略的操作。而光遺傳學具有可以在活體動物活體內操縱細胞活動，且具有高度的時間和空間準確性等難能可貴的特點。所以光遺傳學使研究特定神經活動和行為之間的因果關係成爲了可能。」
——目前有哪些值得關注的動向？
田中：「光遺傳學的物件不僅限於神經細胞。還可以透過離子的出入，控制細胞内外的酸鹼性等，可以擴展至所有生物學領域。例如，大腦中除神經細胞外，還存在膠質細胞。東北大學教授松井廣等研究人員發現，當膠質細胞内部酸性化，就會釋放麩胺酸，這是一項（有助於闡明大腦細胞死亡機制的）偉大工作。」
「將光遺傳學應用於神經調節（nervous regulation）也非常令人期待。對於神經疾病和精神病疾患，目前已有透過爲植入腦内的電極通電，或從外部施加磁刺激的冶癒方法，但其有效性機制尚不明確。使用光遺傳學的研究將有助於闡明該機制、開發有效的冶癒方法。」
象徵着基礎科學的重要性
光遺傳學的隊形變換程序與獲得2008年諾貝爾化學獎的「綠色螢光蛋白（GFP）的發現與開發」非常相似。GFP是發光水母活體內所含的一種螢光蛋白質，由下村修博士於1960年代發現。直到90年代， 產生GFP的基因才被確定，之後被作爲基因活動視覺化的視覺化的實驗工具而廣泛普及。
用於光遺傳學的蛋白質「通道視紫質」是2002年在藻類中發現的。2005年被用作與藻類沒有直接關係的神經細胞實驗工具，隨後作爲光遺傳學的核心技術迅速得到廣泛應用。目前被視爲諾貝爾生理學醫學獎、諾貝爾化學獎的有力候選。
GFP和光遺傳學的共同點在於，水母、藻類等看似與醫學相去甚遠的生物學基礎研究引導了創新技術的開發，成爲體現基礎科學重要性的象徵。
日文：越川智瑛、《日經產業新聞》、2022/11/7
中文：JST客觀日本編輯部
