พันธุศาสตร์เชิงแสง

พันธุศาสตร์เชิงแสง^[2] (อังกฤษ: Optogenetics) เป็นเทคนิคทางชีววิทยาซึ่งใช้แสงเพื่อควบคุมเซลล์ในเนื้อเยื่อที่ยังมีชีวิตอยู่โดยเฉพาะนิวรอน โดยจะเป็นเซลล์ที่ได้ดัดแปลงพันธุกรรมให้แสดงออกช่องไอออนที่ไวแสง เป็นวิธีปรับเปลี่ยนระบบประสาทในประสาทวิทยาศาสตร์ ที่ผสมเทคนิคต่าง ๆ จากทัศนศาสตร์ และพันธุศาสตร์ เพื่อควบคุมและเฝ้าสังเกตการทำงานของเซลล์ประสาทเดี่ยว ๆ ภายในเนื้อเยื่อที่ยังมีชีวิตอยู่ (in vivo) แม้กระทั่งภายในสัตว์ที่เคลื่อนไวได้ และเพื่อวัดผลที่ได้จากการควบคุมปรับเปลี่ยนในเวลาจริง^[3] ตัวทำปฏิกิริยาสำคัญที่ใช้ในศาสตร์นี้ก็คือโปรตีนไวแสง เพราะการควบคุมเซลล์ประสาทจะทำด้วยตัวกัมมันต์ (optogenetic actuators) เช่น channelrhodopsin, halorhodopsin, และ microbial rhodopsin ในขณะที่การบันทึกแสงเนื่องจากการทำงานของเซลล์จะทำด้วยตัวรับรู้ (optogenetic sensors) ที่ใช้กับ calcium (GCaMP) กับการปล่อยสารสื่อประสาทจากถุงเล็ก (synapto-pHluorin) กับสารสื่อประสาท (GluSnFRs) หรือกับความต่างศักย์ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ (Arc Lightning, ASAP1)^[4][5] โดยการควบคุมและการบันทึกข้อมูลจะจำกัดอยู่ที่เซลล์ประสาทซึ่งดัดแปลงพันธุกรรม และจะจำกัดที่และเวลาโดยเฉพาะเพราะต้องอาศัยแสง

การประยุกต์ใช้พันธุศาสตร์เชิงแสงโดยหลักแบ่งเป็น 3 ขั้นตอนคือ^[1] (1) การระบุหรือการสังเคราะห์โปรตีนไวแสง (อ็อปซิน) ชนิดหนึ่ง เช่น Channelrhodopsin-2 (ChR2), Halorhodopsin (NpHR) เป็นต้น (2) การออกแบบระบบเพื่อใส่สารพันธุกรรมที่มีอ็อปซินเข้าไปในเซลล์เพื่อให้โปรตีนได้การแสดงออก เช่น Cre-Recombinase หรือ Adeno-Associated-Virus (3) การใช้อุปกรณ์ที่ส่องแสงไฟเพื่อควบคุมการทำงานของเซลล์และ/หรือการใช้ตัวรับรู้ในการบันทึกการทำงานของเซลล์