光遺傳學正在革新神經科學。這項技術涉及基因改造特定的細胞型別，使其產生光敏蛋白；然後，科學家可以使用透過光纖電纜傳遞到大腦的光脈衝來啟用這些細胞。這已經為研究人員提供了前所未有的能力來探究動物大腦功能的潛在迴路。但有些人已經超越大腦，致力於人類醫療應用。
治療失明
圖片來源：Brown Bird Design
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光遺傳學為治療甚至可能治癒失明提供了一種靈活的方法。視網膜的感光細胞使用稱為視蛋白的光敏蛋白，將進入眼睛的光轉換為電訊號。如果這些細胞失效（ vision loss 的常見原因），研究人員可以使用病毒將產生視蛋白的基因傳遞到目標細胞——要麼恢復感光細胞的光敏性，要麼使視網膜中的其他細胞型別對光敏感。這個過程可能治療由多種不同原因和視網膜退化程度引起的失明。它在實驗室中有效，並且在人體中對此類系統的多項臨床試驗已經在進行中。裝置有時使用攝像頭和特殊護目鏡來投射為所用視蛋白最佳化的光波長和強度，但科學家也在測試對直射光有反應的視蛋白。
調節糖尿病中的血糖水平
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由蘇黎世聯邦理工學院的生物工程師 Martin Fussenegger 領導的團隊正在使用光遺傳學操縱基因表達，以調節糖尿病小鼠的血糖水平。在 2011 年的一項研究中，該團隊改造了細胞，使其透過表達已知調節血糖的蛋白質來響應藍光。Fussenegger 說，以這種方式控制基因是向前邁出的重要一步：“這是光和基因表達之間的直接聯絡。”該小組的實驗表明，在植入工程細胞然後用光處理的小鼠中，胰島素水平升高，葡萄糖敏感性降低。在 2017 年，Fussenegger 和他的同事描述了植入無線供電的 LED 以及工程細胞，以建立一個智慧手機控制的半自動系統。此後，他們一直在改進這項技術。
控制腸道微生物
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腸道微生物組極其複雜，包括數萬億個個體微生物，其中大多數微生物的功能尚不清楚。貝勒醫學院遺傳學家 Meng Wang 和她的同事最近在eLife中描述了他們如何使用光遺傳學來真正照亮腸道微生物與健康之間的聯絡。他們改造了大腸桿菌細菌，分別使用綠光和紅光來開啟和關閉結腸酸的產生。Wang 的小組之前表明，這種酸可以保護細胞免受壓力，從而延長壽命——至少在蠕蟲中是這樣。在新的實驗中，暴露在綠光下的帶有改造細菌的蠕蟲壽命更長。但是治療應用還很遙遠。“主要的瓶頸是光的傳遞，”Wang 說。“目前，它更像是一種研究工具，用於對微生物組進行精確控制”，以研究其與健康之間的聯絡。