全新整理 | 借助双色光敏蛋白，光激活和抑制也可以同步进行
早在1979年，诺贝尔生物学奖得主克里克就指出：“神经科学研究的核心挑战在于，如何能在某一时刻只控制某一类神经元的活动”。随着近些年光学、化学和基因工程技术的飞快发展，研究者们将这些手段整合成一个新的研究策略：光遗传学技术（optogenetics）。
光遗传提供了有效且精准的细胞特异性调节，其时间精准度可达到毫秒级，空间可达到单一细胞，使得大家能够全方面、多层次探究大脑功能。
到目前为止，已经设计了一系列具有不同遗传编码的光敏蛋白通过调节不同阳离子和阴离子的流动，以激活或抑制神经元活性，实现自由移动动物行为的精准控制。然而这种激活或者抑制只能分别进行。
如果需要同时实现光激活和抑制，则需要两种光敏蛋白在同一细胞中共同表达，同时保证有效的膜转运、相同的亚细胞分布及激活和抑制效应尽可能不会相互影响。
目前，有两种策略可实现共同表达：
①通过2A核糖体跳跃序列以实现两种光敏蛋白共同表达于同一神经元，但两者表达率存在差异；
②通过基因融合的方式将两种光敏蛋白编码在同一阅读框内，实现了1:1的共同表达，但其膜运输不如单独表达的光敏蛋白有效。
双色、双向调控的光遗传学工具eNPAC2.0和somBiPOLES应运而生。
eNPAC2.0
eNPAC2.0是包含NpHR和ChR2的双顺反子序列，可分别使用橙/红光（590至 620 nm）抑制或蓝光（448 nm）激活神经元细胞。该序列的大小低于AAV的有效载荷，并导致两种光敏蛋白的光电流增加。
实例展示：
1、pMS中胆碱能神经元的光刺激和神经元记录
图1 | DOI：10.1038/s41467-021-24805-2
2、氯胺酮和光遗传学引发的解离样行为表型观察
图2 | DOI：10.1038/s41586-020-2731-9
3、LSSST-LH途径对觅食行为的必要
图3 | DOI：10.1038/nature21066
somBiPOLES
somBiPOLES由蓝光抑制的GtACR2和红光激活的Chrimson融合而成，在不同的激发光通道均表现出最大光电流密度、抑制性阴离子和兴奋性阳离子电流在峰值上具有最大的光谱分离。可分别使用蓝光（460 nm）抑制，橙/红光（595 /635nm）激活神经元。可在线虫、果蝇、小鼠等动物模型中使用。
实例展示：
1、通过双向控制线虫胆碱能运动神经元以调节其身体的收缩和放松
图4 | DOI：10.1038/s41467-021-24759-5
2、双向控制雪貂GABAergic神经元活动
图5 | DOI：10.1038/s41467-021-24759-5
3、两个不同神经元群的独立双色激发
图6 | DOI：10.1038/s41467-021-24759-5
双色光敏蛋白应用场景
①同时调控同一位置的不同类型神经元
②通过双光子显微镜实现双向调控同一类型神经元
适用的研究
①光遗传电生理：适用于活体神经环路功能验证；
②光遗传膜片钳：适用于离体神经环路功能验证，判断脑区之间是否存在功能联系；
③光遗传行为学：适用于动物行为学研究（包括进食行为、奖赏行为、焦虑抑郁行为、痛行为等）。
常用的单独表达的光敏蛋白
布林凯斯现有双向调控光遗传产品列表：
常用的单独表达的光敏蛋白：
除了共同激活和抑制神经元外，常用的是独立激活和/或抑制两个不同神经元的策略。如果需要兴奋性光敏蛋白，则可选择：
如果需要抑制性光敏蛋白，则可选择：
（以上表格中所有产品，布林凯斯均可提供）
实例展示：
光激活hChR2对小鼠模型的控制
图7 | DOI：10.1523/JNEUROSCI.3277-14.2015
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