用「光遺傳」改造基因控制大腦治病,邵逸夫生命科學與醫學獎頒給了他

2020-12-05 澎湃新聞

原創 Kai，則生 世界頂尖科學家論壇 來自專輯科學家傳奇

新華社5月21日訊，邵逸夫獎基金會當天在香港公布2020年度邵逸夫獎獲獎名單。

世界頂尖科學家協會（WLA）會員、英國牛津大學生理學教授吉羅·麥森伯克(Gero Miesenböck)與德國柏林洪堡大學神經科學教授彼得·黑格曼(Peter Hegemann)，以及德國維爾茨堡大學分子植物生理學教授格奧爾格·內格爾（Georg Nagel）被平均頒予了生命科學與醫學獎，以表彰他們所研發的光遺傳學。這一技術可應用於治療情緒病和中樞神經病等，有助效治療帕金森症。

邵逸夫獎在2002年11月按邵逸夫先生的意願而設立，邵逸夫獎設有三個獎項，分別為天文學、生命科學與醫學、數學科學，每年評選和頒發一次。今年是第17屆。

世界頂尖科學家協會會員

吉羅·麥森伯克

此高清照片由吉羅·麥森伯克教授獨家授權 | 圖：WLA

人物名片

教育與工作經歷

1993年，因斯布魯克大學醫學博士

2007年前，在斯隆凱特靈癌症中心和耶魯大學擔任教職

2007年至今，牛津大學冠名生理學教授兼神經電路與行為中心主任

主要獎項與榮譽

2013 年，大腦科學獎

2016 年，馬斯利獎

2019 年，拉姆福德獎

2019 年，沃倫·阿爾珀特獎

2020 年，邵逸夫獎

主要學術成就

光遺傳學的創始人之一；建立的光遺傳學控制原理已被廣泛採用並且被推廣到其他生物系統

開創光遺傳學學派

1999年，有個神經學科學家幻想著用光來控制大腦。兩年後，世界上誕生了一種叫做光遺傳學的技術：這個神經科學家成功地通過基因改造神經細胞，讓神經細胞擁有了對光產生反應的蛋白質，結果他就可以將光照射到細胞，接下來這些神經細胞裡的電子活動就會被觸發。

這個神經學科學家就是吉羅·麥森伯克（Gero Miesenböck）。他是光遺傳學的創始人，也是第一個通過基因改造神經細胞的科學家，因此可以用光控制神經細胞的電活動。這涉及將用於光響應性視蛋白的DNA插入細胞中。

麥森伯克對大腦中含有光響應神經細的飼養型動物進行了類似的基因改造，並且首次證明這些動物的行為可以被遠程控制。

在果蠅實驗中，麥森伯克利用光遺傳學激活了果蠅的求偶反應，甚至，他可以用這門技術讓無頭蒼蠅飛起來。

麥森伯克在2016年接受著名科技雜誌《連線》（Wired）採訪時詳解了自己的新學派。他表示「為了解構大腦的工作原理，我們需要的就是逐個擊破，精確了解每一個種類的神經細胞在處理信息時扮演的角色。」

光遺傳學顧名思義，是由兩個環節組成的：光和遺傳學。遺傳學是利用能夠定義單個細胞類型的遺傳特徵在完整的大腦裡選擇性地處理掉它們。

而「光」則利用這些遺傳特徵，對分子裡的DNA進行編碼使其對光產生敏感性，然後將這些光敏感分子放置到神經細胞裡。

通常情況下，人類大腦是靠電來運行的，而光遺傳學就是指從基因的角度衡量，選定了一些細胞，然後通過光敏感分子來精準在這些我們選定的細胞中形成電脈衝，使它們可以對光產生反應。

光遺傳學使得這樣的一場「對話」成為可能：我們亮起燈光，細胞就會做出回應。

圖選WIRED

用「光遺傳」治療失眠和帕金森病

由麥森伯克建立的光遺傳學控制原理已被廣泛採用，並且推廣到了其他的生物系統，技術上也在不斷地推陳出新。

麥森伯克的大部分工作會繼續在黑腹果蠅（果蠅）中完成，可以詳細了解可能與人類健康有關的大腦功能的分子、細胞和生理機制。

2019，因為在光遺傳學方面的突出貢獻，他與與埃德·博伊登（Ed Boyden）、彼得·黑格曼（Peter Hegemann）和卡爾·代塞爾羅思（Karl Deisseroth）一同被授予了沃倫•阿爾珀特獎(Warren Alpert Prize)。沃倫•阿爾珀特獎設立於1987年，每年都會將獎項頒發給那些在人類疾病或者是身心機能紊亂的預防、療法或者護理上有著引領性科學成就的科學家。

2019年沃倫•阿爾珀特獎對於他們四位的表彰是：「他們的發現不僅創設了光遺傳學這個領域，驅動著這個領域不斷向前，同時也為基於光遺傳學的治療——範圍可以從帕金森到毒癮都奠定了基礎。"

2020年2月15日，據美國科學促進協會(AAAS)旗下新聞媒體報導，麥森伯克及其同事們憑藉著非凡的精度和顯微鏡技術，當活的果蠅經歷睡眠/覺醒周期時，他們對果蠅們大腦內部的神經元進行了窺視。果蠅的頭部被固定在顯微鏡下，而此時它們的身體可以自由移動，這使得它們可以在一個針頭大小的球上行走。這個球的旋轉讓研究人員能夠判斷出蒼蠅是醒著還是睡著。

團隊從中得出結論：大腦中一種被稱為氧化應激的過程會不僅會影響睡眠，還會導致衰老。這一發現可能為失眠症的治療開闢了新的途徑。

圖源Consumer Affairs

第二屆論壇回顧

吉羅·麥森伯克作為世界頂尖科學家協會的會員在2019年來上海參加了第二屆世界頂尖科學家論壇，在莫比烏斯論壇發表演講時，他強調了對於科研的投資是必要的，因為科研對未來產生的價值是不可預估的。

麥森伯克在莫比烏斯論壇上發言 | WLF

「莫比烏斯」的名字創意源自數學及哲學概念中的無窮大、無極限，在該論壇上，全球頂尖科學家各自在5分鐘的發言時間內暢想人類未來20年

吉羅·麥森伯克在主題為「莫比烏斯」的論壇演講獨家視頻

與吉羅·麥森伯克一同榮獲2020年度邵逸夫獎以及沃倫•阿爾珀特獎的彼得·黑格曼今年均有望來參加第三屆世界頂尖科學家論壇。

彼得·黑格曼，在2018年因其對光控離子通道機制的發現獲得了被稱為「諾貝爾獎」風向標的加拿大蓋爾德納國際獎。

參 考 文 獻

1. Wired, Shining a light on how neuroscientists can control our brains, https://www.wired.co.uk/article/gero-miesenbock-neuroscience-light

2. Docwirenews, Researchers Use Light to Change Genetic Activity in the Brain,

https://www.docwirenews.com/docwire-pick/researchers-use-light-to-change-genetic-activity-in-the-brain/

3. Wired,How optogenetics could help you sleep better, https://www.wired.co.uk/article/gero-miesenbock-optogenetics-sleep

4. Consumer Affairs, Sleep and aging could offer solutions for new insomnia treatments, https://www.consumeraffairs.com/news/sleep-and-aging-could-offer-solutions-for-new-insomnia-treatments-032219.html

5. Eurekalert, What induces sleep? For fruit flies it's stress at the cellular level, https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/bs-wis021420.php

6. Gairdner, Peter Hegemann, https://gairdner.org/award_winners/peter-hegemann/

7. Shaw Prize, An International Award,

https://www.shawprize.org

8．新華網，2020年度邵逸夫獎獲獎名單揭曉，http://www.xinhuanet.com/2020-05/22/c_1126016684.htm

延 伸 閱 讀

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（責任編輯：小文）

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