Spatiotemporal control of brain activity by optogenetics has emerged as an essential tool to study brain function. For silencing the brain activity, optogenetic probes, such as halorhodopsin and Archaerhodopsin, inhibit transmitter release indirectly by hyperpolarizing the membrane potentials. However, those probes cause undesirable ionic imbalance and rebound spikes. Moreover, they are not applicable to use in non-excitable glial cells. Here, we engineered Opto-vTrap, a light-inducible and reversible inhibition system to temporarily trap the transmitter-containing vesicles from exocytotic release. Light-activation of Opto-vTrap caused a full vesicle-clusterization and complete inhibition of exocytosis within one minute, which recovered within 30 minutes after light-off. We found a significant reduction of synaptic- and glio-transmission upon activation of Opto-vTrap in acute brain slices. Opto-vTrap significantly inhibited hippocampus-dependent memory retrieval with a full recovery within an hour. We propose the Opto-vTrap as a next-generation optogenetic silencer to control brain activity and behavior with minimal confounding effects.And recently, COVID-19 has spread rapidly all over the world. Although many commercial test kits are available, detailed scientific evaluation and verification are lacking, making the public vulnerable to fear of false-positive results. In this time of crisis, a low-cost, easy-access protocol for early detection of this virus is desperately needed. Here, we established a qRT-PCR-based assay protocol composed of easy specimen self-collection including non-invasive saliva self-sampling, RNA purification, and SYBR Green-based qRT-PCR with optimized-primer sets for SARS-COV-2 detection. For non-biased automatic risk evaluation, we developed a scalable formula based on a logistic classification model to assess the degree of positivity for the presence of SARS-COV-2. Our newly developed protocol should be helpful for a first-hand screening of the asymptomatic virus-carriers for further prevention of transmission. Furthermore, a newly established risk assessment formula can be applied to a large-scale diagnosis in major health institutions and agencies around the world.
광유전학을 이용한 뇌 활동의 시간적, 공간적 제어는 뇌의 기능을 연구하기 위한 필수적인 도구로 떠올랐다. 그동안 뇌 활동을 억제하기 위해 사용하는 광유전학 방법의 할로로돕신, 알키로돕신은 막 전위를 과분극화하여 신경전달물질 방출을 간접적으로 억제한다. 그러나 이러한 방식은 세포 및 주변 이온의 불균형과 작동을 멈추고 난 후 급격한 활성을 보이는 문제점이 있다. 또한 이러한 막 전위 조절 방식은 신경 교세포와 같은 비흥분성 세포에서는 사용할 수 없다. 여기서, 우리는 광유전학적 방법으로 가역적으로 조절할 수 있는 억제시스템인 옵토-브이트랩 을 설계하였다. 이 방식은 신경전달물질을 담고 있는 소낭을 일시적으로 뭉치게 하여 물질 방출을 억제하는 방식을 취한다. 빛을 준 옵토-브이트랩의 활성으로 1분 내 소낭의 완전한 군집이 형성되고, 이는 빛을 끄고 난 이후 30분 이내에 회복된다. 우리는 뇌 조직에서 옵토-브이트랩의 활성화로 신경세포와 신경 교세포의 신경전달 과정을 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 옵토-브이트랩의 활성은 해마에의해 조절되는 기억 찾기 과정을 현저하게 억제하였으며, 이러한 억제는 1시간 이내에 완전히 회복되었다. 막 전위를 조절하는 방식이 아닌 소낭에 직접 영향을 주는 옵토-브이트랩은 뇌에서 신경세포뿐만 아니라 비 흥분성의 신경 교세포에서도 적용하여 뇌 활동과 행동을 제어할 수 있다. 그리고 최근 코로나바이러스감염증-19는 전 세계로 급속히 확산되었다. 진단을 위해 시판되는 진단 키트를 이용하고 있지만 세밀한 과학적 평가와 검증이 미흡해 거짓-양성 반응 등의 잘못된 결과로 문제가 되고 있다. 이러한 위급 상황에서, 신종코로나바이러스의 조기 발견을 위한 쉽게 접근 가능하고 저비용의 프로토콜이 필요하다. 여기서, 우리는 신종코로나바이러스 검출에 최적화된 프라이머 세트, 타액을 이용한 비침습성 방식을 포함한 샘플링 방법, 리보핵산 추출, 사이버그린 방식의 실시간유전자증폭 기반 검사 프로토콜을 확립했다. 또한 실제 양성 반응과 거짓-양성을 구분할 수 있도록 로지스틱 회기 분석을 기반의 자동 위험성 평가 공식을 개발하였고, 이는 신종코로나바이러스의 검출 여부를 정량화하여 위험성을 평가를 할 수 있게 한다. 새로 개발된 우리의 프로토콜은 무증상감염자를 대상으로 하여 신종코로나바이러스감염증-19의 전파를 방지하는데 도움이 될 것이다. 또한, 새롭게 수립한 자동 위험성 평가 방식은 세계 주요 보건 기관 및 의료 시설에서 대규모 진단에 적용할 수 있을 것이다.
