生物节律仪

该研究在农业方面有具体应用价值，比如控制花期很多植物春季开花，秋季结果；夜行动物白天睡大觉，夜晚则四处“狩猎”。决定这些生理节律的生物周期被称为“生物钟”。阿根廷研究人员发现，一种蛋白质能通过参与某些生物的生长发育机制，影响它们的生物钟节律。阿根廷生理学、分子生物学和神经科学研究院专家埃塞基耶尔·彼得里洛等人在新一期英国《自然》周刊上报告说，十字花科植物——拟南芥的生物周期约为24小时；果蝇通常白天活动，夜晚休息。但研究者培育出了一种生物周期达到72小时的拟南芥，并通过红外线照射使果蝇在白天和夜晚都四处活动。此后，研究者重点检查了与这些拟南芥和果蝇的生物钟有关的生命活动物质，结果发现它们的PRMT5蛋白质都发生了变异。阿根廷研究者指出，PRMT5蛋白质通过调控某些生物的基因转录、核糖核酸剪切和细胞增殖，保证有关生物正常生长发育。PRMT5蛋白质变异可导致与开花等重要生命活动有关的植物基因表达发生改变，导致开花提前或推迟，影响其正常生物节律。同样，与PRMT5蛋白质变异有关的另外一些基因变化，也会引起动物与时间概念有关行为的改变。专家认为，上述发现有具体应用价值，尤其是在农业方面。比如某些植物的叶子越多，收成越好，而叶子数量取决于花期长短，花期则由生物钟控制。如果通过基因调控，影响这些植物的生物钟，就有望使它们长出更多的叶子，带来更好的经济效益。

最近，一项发表在《生物物理学杂志》上的研究称，人类心脏细胞跳动的节律可以由光线控制。斯坦福大学的研究人员将藻类的一个基因插入了人类的胚胎干细胞，之后又诱导胚胎干细胞分化成肌肉细胞。基因表达一种光敏感通道蛋白(channelrhodopsin-2)，使得细胞通道可以在光的控制下自由关闭。这项技术未来可用于激活人类的窦房结细胞。“我们可以将这些光敏细胞注射进入病人的心脏，”论文的合作者Christopher Zarins说，“这样就可以实现对心脏的远程光控。”

中国科技网讯 据物理学家组织网日前报道，英国曼彻斯特大学科学家开发出一种新的X射线技术，可显示心脏肌肉组织纤维是否有节律跳动，有助于未来提高医疗手段及医学深入研究。 心脏需要在规律节奏下保持稳定的血液循环，以维持身体各个部位的血液供给。它通过协调肌肉组织的行动循环血液，并指挥组织进行必要的分送电波以触发每一次心跳。但科学家们一直无法生成高分辨率的三维图像，用以充分识别控制心脏组织节律的网络。 研究小组用碘对心脏组织进行处理，以突出不同部分，然后使用微CT扫描仪生成三维图像，从中科学家能够清楚地识别在这一区域产生的电波触发活动。新的三维图像可有助于进一步了解人体内心跳是如何被扰乱的，帮助医务人员开发出减少纤维性颤动风险的办法，改善心脏肌肉收缩混乱和身体周围血液循环缺乏节奏等状况。 曼彻斯特大学老龄化和慢性疾病研究所乔纳森·贾维斯博士说：“这些新的解剖学上的详细图像，可以提高未来计算机心脏模型的准确性，并帮助我们了解正常和不正常的心脏节律是如何产生的。三维成像将使我们对心脏传导系统有更透彻的认识，并且该方式还会给心脏疾病的治疗带来改变。” 贾维斯说：“基于这些高保真图像的计算机模型，将有助于我们理解心脏大小、血液供应或心脏病发作后疤痕等变化如何使心律变得脆弱，例如，心脏外科医生主要关注的问题之一就是修复畸形心脏以避免损害组织分送电波，如果他们获得了对畸形心脏传导组织的三维图像，那么就有可能在手术前了解其中哪里的传导组织出现了状况。”（华凌) 《科技日报》（2012-05-16 二版）

最近，一项发表在《生物物理学杂志》上的研究称，人类心脏细胞跳动的节律可以由光线控制。斯坦福大学的研究人员将藻类的一个基因插入了人类的胚胎干细胞，之后又诱导胚胎干细胞分化成肌肉细胞。基因表达一种光敏感通道蛋白(channelrhodopsin-2)，使得细胞通道可以在光的控制下自由关闭。这项技术未来可用于激活人类的窦房结细胞。“我们可以将这些光敏细胞注射进入病人的心脏，”论文的合作者Christopher Zarins说，“这样就可以实现对心脏的远程光控。” http://www.bioon.com/biology/UploadFiles/201109/2011092815084616.jpgdoi:10.1016/j.bpj.2011.08.004PMC:PMID:Multiscale Computational Models for Optogenetic Control of Cardiac FunctionOscar J. Abilez, , Jonathan Wong, Rohit Prakash, , Karl Deisseroth, , Christopher K. Zarins and Ellen KuhlThe ability to stimulate mammalian cells with light has significantly changed our understanding of electrically excitable tissues in health and disease, paving the way toward various novel therapeutic applications. Here, we demonstrate the potential of optogenetic control in cardiac cells using a hybrid experimental/computational technique. Experimentally, we introduced channelrhodopsin-2 into undifferentiated human embryonic stem cells via a lentiviral vector, and sorted and expanded the genetically engineered cells. Via directed differentiation, we created channelrhodopsin-expressing cardiomyocytes, which we subjected to optical stimulation. To quantify the impact of photostimulation, we assessed electrical, biochemical, and mechanical signals using patch-clamping, multielectrode array recordings, and video microscopy. Computationally, we introduced channelrhodopsin-2 into a classic autorhythmic cardiac cell model via an additional photocurrent governed by a light-sensitive gating variable. Upon optical stimulation, the channel opens and allows sodium ions to enter the cell, inducing a fast upstroke of the transmembrane potential. We calibrated the channelrhodopsin-expressing cell model using single action potential readings for different photostimulation amplitudes, pulse widths, and frequencies. To illustrate the potential of the proposed approach, we virtually injected channelrhodopsin-expressing cells into different locations of a human heart, and explored its activation sequences upon optical stimulation. Our experimentally calibrated computational toolbox allows us to virtually probe landscapes of process parameters, and identify optimal photostimulation sequences toward pacing hearts with light.

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