朱子宏 I-sir 兒科/遺傳專字第 63 號

今年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了在光遺傳學（Optogenetics）領域有巨大貢獻的科學家 (諾貝爾獎官網)。這個結合了光學與基因工程的技術，徹底改變了我們研究神經科學與細胞運作的方式。今天就讓追求真相的朱子宏醫師帶著大家，一窺這項神奇技術的奧秘！

什麼是光遺傳學optogenetics？

光遺傳學，顧名思義，就是利用「光」和「基因工程」來控制細胞的一門科學。它的核心技術，源自於大自然中微小生物的生存本能。

從綠藻中發現的神奇蛋白：Channelrhodopsins

在2000年代初期，科學家 Peter Hegemann 和 Georg Nagel 在「萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）」這種真核綠藻中，發現了一種能對光產生反應的蛋白質，稱為光敏感通道蛋白 (Channelrhodopsins, 簡稱 ChRs)。綠藻就是靠著這種蛋白質來感應光線，並朝著有光的地方移動。

光敏感通道蛋白的作用機制

這些蛋白質鑲嵌在細胞膜上。當它們吸收了特定波長的光子（例如藍光）後，蛋白質的結構會發生改變，像一扇門一樣打開，讓特定的離子（如鈉離子 Na+、氫離子 H+ 等）流入細胞內。這種離子的流動，就會產生微小的電壓變化，進而引發細胞的反應。

為什麼光遺傳學值得諾貝爾獎？

在光遺傳學出現之前，科學家要刺激神經元，通常必須依賴傳統的電極刺激，這不僅缺乏精準度，也容易影響周遭不需要刺激的細胞。

神經科學的超級遙控器

光遺傳學的突破在於，科學家可以透過基因技術，把這種「光敏感通道蛋白」植入特定動物（如小鼠）的神經細胞中。如此一來，研究人員只需要用一根細細的光纖照射特定大腦區域，就能在毫秒等級的時間內，精準地控制「特定神經元」的開啟或關閉。這對了解大腦神經網路如何運作，帶來了革命性的改良。

未來的醫學應用：從癌症到藥物傳遞

隨著技術不斷進步，科學家也持續改良出對鈉離子 ($Na^+$) 具有高度選擇性的變異蛋白 (NaChRs)。未來，這項技術甚至有望應用在臨床醫學上：

1. 癌症研究：透過控制癌細胞內的鈉離子通道，研究並阻斷癌細胞的轉移能力。
2. 紅血球藥物快遞員：有學者提出，可以在紅血球上表現這種光敏感蛋白，並將藥物裝載其中。當紅血球游走到患部時，醫生只要用光照射該區域，紅血球就會因鈉離子大量湧入而膨脹破裂，精準釋放藥物，大幅減少副作用！

朱醫師的台客語小教室

在學習最新醫學知識的同時，我們也不要忘了美麗的國家語言！

諾貝爾的台語怎麼說？

大家知道諾貝爾獎的台語怎麼唸嗎？在 1953 年的台語教會報中，將 Nobel 翻譯為 Lo̍k-pòe。

• 發音重點：台羅拼音中的第8調，必須使用垂直調號來表現，所以寫作 o̍，不可以寫歪喔！而第7調則是橫線（例如 ō），大家在學習台羅拼音時可以特別注意。(建議閱讀時，字體設定為源樣黑體)

帶領小朋友認識科學世界時，不妨也用豐富的語言和他們互動，給予他們更多元的啟發與回饋吧！

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