Sử dụng thiết bị chuyển mạch ánh sáng kiểm soát tế bào

Một nhóm các nhà khoa học đứng đầu là Ernst Bamberg tại Viện Vật lý Sinh học Max Planck, Đức, đã phát triển thiết bị chuyển mạch (công tắc) phân tử ánh sáng (sử dụng xung ánh sáng) cho phép kiểm soát các tế bào (ở chế độ bật hoặc tắt), đây là sự kết hợp giữa 02 protein màng tế bào cảm quang khác nhau (tắt và bật). Phương pháp được sử dụng để kết nối hai thành phần (có thể sử dụng các biến thể protein khác nhau), nhằm tạo ra tế bào mới với nhiều tính năng hơn.

Lĩnh vực nghiên cứu mới (Optogenetics): sử dụng ánh sáng để kiểm soát các tế bào, các nhà khoa học tận dụng của các protein nhạy cảm (trong các lớp vỏ tế bào của vài loại tảo và vi khuẩn) với ánh sáng tự nhiên và đưa các gene (với lớp màng của các protein cảm quang đã được xây dựng lại) vào DNA của tế bào mục tiêu. Tùy thuộc vào loại protein được sử dụng, mà các thiết bị chuyển mạch (công tắc) phân tử ánh sáng sẽ phản ứng với các bước sóng ánh sáng khác nhau, thiết bị chuyển mạch sẽ hoạt động chính xác khi: các gene được nhận dạng một cách riêng biệt và các tế bào tạo ra các bản sao (nổi bật) của mỗi protein (với số lượng khác nhau).

Các nhà khoa học cũng đã phát triển một giải pháp khả thi: định vị gene (trên cùng một phần của DNA) điều khiển chế độ bật/tắt của protein, cùng với một gene bổ sung có chứa các hướng dẫn lắp ráp cho một mảnh kết nối. Protein xen vào này sẽ liên kết và giữ chặt 2 protein chuyển mạch (công tắc) trong màng tế bào. Điều này cho phép kiểm soát các tế bào với độ chính xác cao. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra thiết bị chuyển mạch (công tắc) phân tử ánh sáng kết hợp từ các màng protein của 02 loài tảo xanh đơn bào (channelrhodopsin-2 và halorhodopsin).

Thiết bị chuyển mạch này phản ứng lại ánh sáng xanh dương bằng cách cho phép thành tế bào có thể thẩm thấu các ion tích điện dương, dòng chuyển động của các ion dương này sẽ gây ra một xung động thần kinh kích hoạt các tế bào. Trong khi đó loài tảo xanh đơn bào (Halorhodopsin), bị cô lập bởi các nhà khoa học từ vi khuẩn Natromonas pharaonis, có tác dụng ngược lại: khi tế bào được chiếu sáng với ánh sáng màu cam, nó cho phép các ion mang điện tích âm, kìm nén xung thần kinh.

"Bằng cách liên kết các protein khác nhau theo yêu cầu, chúng ta có thể kiểm soát các tế bào với độ chính xác lớn hơn nhiều trong tương lai", Bamberg nói.