Sinh học rất giống Legos bởi vì, nói một cách ẩn dụ, mọi thứ đều rất giống Legos. Sự thật là cơ thể của chúng ta, những cái dường như gắn kết của chúng ta, thực sự bao gồm vô số bộ phận nhỏ và các chức năng trộn và kết hợp là thịt, máu, và không khó. Ví dụ - và để có được sự vận hành hợp lý này - bạn có thể tạo ra các tế bào thần kinh có khả năng tạo ra và phản ứng với ánh sáng, từ đó thiết lập một hệ thống dẫn truyền thần kinh hoàn toàn mới, không can thiệp vào các hệ thống hiện có, một bộ não nằm trên não.
Đây là ý tưởng cốt lõi (hoặc đầu hoặc bất cứ điều gì) của lĩnh vực quang học mới. Giống như rất nhiều công cụ khác trong sinh học, optogenetic dựa trên sinh học của một sinh vật khác đã được vay mượn. Trong trường hợp này, đó là một loại protein có tên là channelrhodopsin-2 (ChR-2) và nó đến từ tảo xanh có tên là Chlamydomonas reinhardtii. Hóa ra có nhiều kênh ion nhạy sáng như thế này. Ý tưởng là xây dựng các hệ thống sinh học mới dựa trên gạch ChR-2 bằng gạch.
Kể từ khi Karl Deisseroth chế tạo các tế bào thần kinh động vật có vú được phát triển trong phòng thí nghiệm để biểu hiện ChR-2 vào năm 2005, nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu về optogenetic, sử dụng nó để tìm ra tế bào thần kinh nào làm gì. Ví dụ, một loại tế bào thần kinh - được gọi là tế bào thần kinh parvalbumin neocortical - điều chỉnh nhịp điệu 40 chu kỳ mỗi giây trong não (dao động gamma Hồi giáo). Từ lâu, người ta đã biết rằng dao động gamma là bất thường ở cả bệnh nhân tâm thần phân liệt và bệnh tự kỷ, vì vậy các chiến lược mới để điều tra và có khả năng điều chỉnh các tế bào này hiện đang được tiến hành. Đây là một chiến lược đặc biệt hấp dẫn. Ngay cả khi các gen di truyền cơ bản của cá nhân tạo ra một kết quả bất thường trong các tế bào này, nếu các nhà khoa học có thể đơn giản ghi đè lên kết quả đó, thì những di truyền đó sẽ không thành vấn đề.
Gần đây, các nhà khoa học cũng đã bắt đầu thử nghiệm ý tưởng tạo ra các mạng lưới quang sinh bằng cách sử dụng các tế bào phát quang sinh học. Cụ thể, trọng tâm là loại phát quang sinh học được phát hiện bởi Osamu Shimomura vào năm 1962, từ loài sứa Aequorea victoria và phản ứng với ánh sáng (Shimomura đã nhận được giải thưởng Nobel cho nghiên cứu của mình). Các tế bào tạo ánh sáng và các tế bào nhạy cảm với ánh sáng là - để nhắc lại phép ẩn dụ - giống như các mặt kép của Lego.
Bằng cách khuyến khích sự tương tác giữa hai loại tế bào này, các nhà khoa học có thể đạt được mức độ chính xác chưa từng có của tế bào thần kinh. Họ cũng có thể có được các tế bào optogenetic để phản ứng với ánh sáng mà không cần dán đèn pin vào đầu chuột, điều này thật tuyệt - đặc biệt là đối với chuột.
Nhưng những gì về ứng dụng? Một khả năng là làm cho chính các tế bào phản ứng với ánh sáng, tạo ra nó. Vì vậy, khi chức năng sinh học của họ hoạt động - nói rằng họ sản xuất leptin hoặc ghrelin, và do đó điều chỉnh sự thèm ăn của bạn - họ cũng sẽ sáng lên và kích hoạt hệ thống. Bằng cách này, các nhà khoa học có khả năng quay trở lại lượng ghrelin được sản xuất để mọi người bớt đói thường xuyên hơn. Hoặc họ có thể điều chỉnh lượng insulin được giải phóng để đáp ứng với tín hiệu đường trong máu. Hoặc họ có thể tràn ngập khu vực với adrenaline khi các đối tượng mệt mỏi.
Ngoài ra, người ta có thể hack các hệ thống hiện có. Ví dụ, bằng kỹ thuật tế bào thần kinh ức chế tế bào trong amygdala để phản ứng với ánh sáng, và kích hoạt tế bào thần kinh trong amygdala để tạo ra các nhà nghiên cứu ánh sáng có thể điều chỉnh lại các tế bào thần kinh ức chế ức chế để vượt qua cảm giác căng thẳng hoặc lo lắng. Không còn lo lắng nữa. (Điều này cũng có thể dẫn đến một bước nhảy vọt trong tình trạng thất nghiệp khi mọi người đi lang thang để theo đuổi niềm vui của họ.)
Chúng ta vẫn có thể nhận được fancier: Có lẽ chúng ta có thể tạo ra một hệ thống trong đó mỗi nơ-ron trong mạng thể hiện màu sắc riêng của nó và các tế bào optogenetic yêu cầu kích hoạt mọi kênh để hiệu quả của chúng được hiện thực hóa. Vì vậy, thay vì bắn một nơ-ron đơn lẻ, toàn bộ bộ nhớ phải được kích hoạt để hệ thống hoạt động. Có lẽ những tác động xấu của những ký ức nhất định có thể bị suy giảm. Hoặc toàn bộ điều có thể được thực hiện để đáp ứng với một loại thuốc để nó có khả năng được bật hoặc tắt bởi người dùng.
Trong mọi trường hợp, vẫn còn những rào cản lớn về mặt khoa học và quy định trước khi quá trình tái tạo khoa học viễn tưởng này bắt đầu một cách nghiêm túc. Để đặt mọi thứ trong quan điểm, FDA vẫn chưa phê duyệt bất kỳ thủ tục trị liệu gen và chỉ có một thủ tục đã được phê duyệt ở châu Âu. Công cụ này là một chặng đường dài.
Nhưng nó sắp tới.
Và nó không thua các nhà nghiên cứu rằng các tế bào quang sinh cũng có thể hoạt động với phần cứng - rằng chúng ta không chỉ có thể hack các hệ thống của mình bằng các công nghệ mới nổi này mà còn tự cắm vào hệ thống lớn hơn. Sinh học giống như Legos, nhưng nó ít giống Legos hơn nó có thể. Mong rằng sẽ thay đổi.