三种奇特的方式，我们可以远程控制动物和细菌

一个微弱的电流脉冲就能让细菌“随心所欲”（或者说，随波逐流）地游动。研究人员周二在《自然·通讯》杂志上报道称，电流可以开启或关闭大肠杆菌细胞中的特定基因，从而使这些微生物挥动其类似肢体的鞭毛，或根据指令向邻居传递信息。

操纵这些未经诱导的细菌是制造新型生物传感器和其他结合了活体细胞与人造材料的设备的初步尝试。但这并非唯一一种可以远程控制细菌（或体型更大的生物）的方法。科学家们已经在使用光和磁来控制微生物和动物，并着眼于人类细胞。这些远程控制技术将帮助我们了解我们的身体，并治疗失明、糖尿病和帕金森病等疾病。以下是其工作原理：

电

这项新研究表明，电是一种快速而精确地激发细胞反应的方法。研究人员用微弱电流电击了大肠杆菌细胞，并为其提供了称为绿脓杆菌素的蛋白质。绿脓杆菌素从电流中获得了正电荷，并利用它激活细胞内部负责开启和关闭特定基因的“机器”。通过对大肠杆菌细胞进行基因工程改造，使其具有靠近这种“机器”的有用基因，研究团队就能激活通常对电荷不敏感的DNA指令。他们指令细菌游动，并分泌它们传递给其他细胞的信息分子。

在这种情况下，细胞被工程化，当接收到信号时会发光。但电也可以指导那些未经改造的细胞的行为。“（信号）会被其他细胞解读，这些细胞完全不受任何基因表达方面的影响，”马里兰大学帕克分校的生物工程师、合著者William Bentley说。“你可以激活对电极有响应的工程化细胞中的任何基因，然后通过改变信号过程，就可以激活通常对该信号分子有响应的任何基因。”

科学家们已经通过深部脑刺激、经颅直流电刺激和心脏起搏器等工具，用电流在人体内运行。但这种新方法可以让科学家们靶向那些通常对电不敏感的生理过程。

未来，电还可以指令细胞产生激素或其他小分子。几十年来，细菌已被编程用于制造药物。“糖尿病患者服用的胰岛素实际上是由我们改造过的相同细菌制造的，”Bentley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）植入一个微型电子胶囊装置中，然后吞服下去。”该胶囊或植入物可以检测到问题——例如血糖异常或病原体——然后促使工程化细胞分泌胰岛素、抗生素或其他药物。

光照

科学家们要感谢“池塘里的浮萍”才有了强大的工具——光遗传学，它利用闪光来控制大脑活动。

基本上，绿藻利用对光敏感的蛋白质引导自己朝向太阳。科学家们意识到，他们可以对神经元进行基因工程改造，使其携带类似的蛋白质。然后，这些脑细胞就可以被激光或LED发出的光脉冲激活或关闭。

这项技巧已被用于激发小鼠的捕食本能，或让这些啮齿动物更快地吸食奶昔。该技术甚至可以植入虚假记忆并模糊真实记忆。

这项技术可能有助于制造更好——尽管更“软”——的机器人。一个3D打印的“生物机器人”内衬有人工培养的肌肉细胞，这些细胞在暴露于光线下时会收缩，使其能够“行走”。

光遗传学还使我们对大脑有了新的认识，这可能带来更好的帕金森病、创伤后应激障碍、成瘾或阿尔茨海默病的治疗方法。

这项技术在治疗一些神经系统疾病方面具有潜力，尽管患者的基因需要被改造才能对光做出反应。它也相当具有侵入性；用于将光送入大脑的光纤电缆或植入物必须通过手术植入。科学家们正在研究贴片和更小的无线设备来解决这个问题。

去年，光遗传学首次在人体上得到应用。研究人员将一种载有编码光敏感蛋白的DNA的病毒注入了一名女性的眼中。

该女性患有一种称为视网膜色素变性的失明症，其视网膜感光细胞会缓慢死亡。希望的是，新的DNA将能够使视网膜中其他未受损的细胞改为对光做出反应并恢复部分视力。

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