我们可以远程控制动物和细菌的 3 种奇怪方法

温和的电脉冲可以让细菌按照科学家的节奏跳舞（或者说游泳）。研究人员周二在《自然通讯》杂志上报道，电可以打开或关闭大肠杆菌细胞中的某些基因，使微生物挥动它们的肢体状鞭毛或根据命令向它们的邻居传递信息。

操控这些毫无防备的细菌是制造新型生物传感器和其他混合活细胞与人造材料的设备的第一步。但这并不是远程控制细菌（或大型生物）的唯一方法。科学家已经在使用光和磁铁来控制微生物和动物，并将目光投向了人类细胞。这些远程控制技术将帮助我们了解自己的身体，治疗失明、糖尿病和帕金森病等疾病。它的工作原理如下：

电

这项新研究表明，电是一种快速而精确地唤醒细胞的方法。研究人员用弱电流刺激大肠杆菌细胞，并向其注入一种名为绿脓素的蛋白质。绿脓素从电流中吸收正电荷，并利用它唤醒细胞内负责打开和关闭某些基因的机制。通过对大肠杆菌细胞进行改造，使其在机制附近拥有有用的基因，研究小组可以启动通常对电荷不敏感的 DNA 指令。他们命令细菌游动，并分泌它们传递给其他细胞的信息分子。

在这种情况下，细胞被设计成在收到信号时发光。但电也可以引导未经修改的细胞的行为。“该[信号]由其他细胞解读，而这些细胞完全不受任何基因表达的影响，”马里兰大学帕克分校的生物工程师、合著者威廉·本特利说。“你可以打开任何被设计成对电极作出反应的细胞中的基因，然后通过改变信号传导过程，你可以打开任何通常对该信号分子作出反应的基因。”

科学家已经利用深部脑刺激、经颅直流电刺激和起搏器等工具将电流传导至人体。但新方法可让科学家瞄准通常不会对电流作出反应的生理过程。

未来，电流可以控制细胞制造激素或其他小分子。细菌已经被设计用于制造药物已有数十年。“糖尿病患者服用的胰岛素实际上是由我们设计的细菌制造的，”本特利说。“我们可以设想将这些细菌细胞（制造胰岛素和其他有益化合物的活体工厂）放入我们吞下的微型胶囊微电子设备中。”胶囊或植入物可以检测问题（例如血糖异常或病原体），然后促使工程细胞分泌胰岛素、抗生素或其他药物。

光

科学家们感谢池塘浮渣，发明了一种名为光遗传学的强大工具，利用闪光来控制大脑活动。

基本上，绿藻使用感光蛋白来引导自己朝向太阳。科学家意识到，他们可以通过基因工程改造神经元，使其携带类似的蛋白质。然后，可以通过激光或 LED 发出的一阵光来打开或关闭脑细胞。

这种方法被用来激发老鼠的狩猎本能，或者提示老鼠更快地喝完奶昔。这种方法甚至可以植入虚假记忆，模糊真实记忆。

这项技术或许有助于制造出性能更好（但更柔软）的机器人。一款 3D 打印的“生物机器人”内衬有实验室培育的肌肉细胞，这些细胞经过设计，在光照下会收缩，从而让它能够“行走”。

光遗传学还让我们对大脑有了更深入的了解，可能有助于更好地治疗帕金森病、创伤后应激障碍、成瘾症或阿尔茨海默病。

该技术有望治疗某些神经系统疾病，尽管必须调整患者的基因才能使其对光作出反应。该技术也具有相当大的侵入性；必须通过手术将光纤电缆或植入物植入大脑，才能将光传送到大脑。科学家们正在研究贴片和更微型的无线设备来解决这个问题。

去年，光遗传学首次应用于人体。研究人员将一种携带编码感光蛋白的 DNA 的病毒注射到一名女性的眼睛中。

这名女子患有一种名为视网膜色素变性的失明症，这种疾病会导致眼睛的光感受器逐渐死亡。希望新的 DNA 能够使视网膜中其他未受损的细胞对光线作出反应，从而恢复部分视力。

临床试验最终将有 15 名参与者参与。如果进展顺利，这可能会鼓励其他研究人员尝试光遗传疗法。

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磁性

科学家们将另一种能够激发神经细胞的仪器称为“万磁王”。即磁化蛋白质。

弗吉尼亚大学的研究人员想要一种比光遗传学侵入性更小、起效速度比药物更快的神经细胞开关。他们通过将两块细胞机器融合在一起来设计 Magneto。其中一块是储铁蛋白，名为铁蛋白，使 Magneto 对磁场敏感。另一块名为 TRPV4，可通过拉伸力（例如磁扭矩）开启，使神经细胞激发。

研究人员将携带 Magneto 的病毒注射到小鼠和斑马鱼幼体中。Magneto 激活了鱼的神经元，使它们在被放入磁化水族箱时蜷缩起来。在小鼠中，Magneto 被引导到与奖励有关的大脑区域。这些啮齿动物发现它们喜欢在笼子的磁化区域闲逛，在那里 Magneto 可以促使它们的神经元释放多巴胺。

合著者 Ali Güler 在一封电子邮件中表示，Magneto 可以帮助科学家梳理特定神经回路如何控制行为。“我们正在测试是否可以抑制 [动物] 癫痫发作，”他说。

Magneto 是利用磁场控制神经细胞的最新设备，但它并不是唯一的设备。此前，科学家曾利用磁力使糖尿病小鼠释放胰岛素，降低血糖。这种遥控技术可能有助于人们控制糖尿病和帕金森症等慢性疾病。

“假以时日，它可能会应用于临床，”论文合著者、纽约洛克菲勒大学生物学家杰弗里·弗里德曼说。为了实现这种技术和光遗传学，科学家们仍在研究如何安全地递送外来 DNA 来编码人体有用的蛋白质。“我认为这还有很长的路要走，但肯定不是不可能。”