虽然病毒通常与疾病相关，但并非所有病毒都有害或致病。 有些病毒在治疗和疫苗接种中起着重要作用。 在科学研究中，病毒经常被用来感染某些细胞，对它们进行基因改造，或观察生物体中枢神经系统（CNS）--由大脑、脊髓和神经组成的指挥中心--中的神经元。
非洲爪蟾在 ISTA 科学服务单位的水生设施中繁殖。 图片来源：© Peter Rigaud / ISTA
研究人员开发出一种利用病毒追踪青蛙神经元发育的方法，揭示了脊椎动物神经系统的进化过程，并提供了与哺乳动物进行比较的见解。
这一突出显示过程现已成功应用于两栖动物，这对了解四足动物--四肢动物（包括人类）的大脑和脊髓至关重要。 由奥地利科技研究所（ISTA）斯威尼实验室和哥伦比亚大学托切斯实验室联合领导的国际EDGE联盟的一项新研究表明了这一点。
研究人员利用腺相关病毒（AAV）跟踪青蛙神经系统的整个变态过程--从早期蝌蚪阶段到成年形态的发育过渡。 这项突破性研究最近发表在《发育细胞》（Developmental Cell）上，有助于将两栖动物神经生物学带入一个新时代。
青蛙前脑冠状切片，显示 AAV 介导的神经元标记。 AAV 感染的细胞为绿色；细胞核为蓝色。 比例尺为 400 µm。 图片来源：© Developmental Cell / Jaeger， Vijatovic， Deryckere， et al.
David Vijatovic 和 Lora Sweeney 走进一个装满水的实验室。 维贾托维奇轻敲其中一个水箱。 里面出现了一只绿褐色斑驳的非洲爪蟾（Xenopus laevis）。 它的四肢突出，优雅地操纵和抓紧周围的环境。 在另一个水箱里，蝌蚪正用简单的游泳动作游来游去。 想想看，一个动作转变成另一个动作是多么了不起。
"蛙会发生变态，"斯威尼说，"这使它们成为研究两种运动模式--游泳和行走--之间过渡的绝佳模式生物。 蛙的发育时间跨度为 12 到 16 周，因此科学家有时间对每个阶段进行研究。 在这几周里，蛙胚胎发育成幼蝌蚪、长有两条腿的蝌蚪和长有四条腿的幼蛙，然后进入成蛙阶段。通过观察发育的几个阶段，我们可以研究这些运动行为以及神经系统的潜在变化。"
生物体的神经系统被称为神经回路，因为它类似于电路。"神经细胞（神经元）与其他神经元相连，传递电子信息。 我们的行为方式、我们的感知以及我们与世界的互动方式，都是神经元在这些回路中相互交流的产物，"斯威尼解释道。 关键在于电路是如何连接的。 我们知道神经元是相连的，但哪个神经元与哪个神经元相连？ 单个细胞与其他哪些细胞对话，又传达了哪些信息？"
奥地利科技研究所（ISTA）斯维尼小组的研究作者。 从左至右 Georgiy Ivanian、David Vijatovic 和 Lora Sweeney。 图片来源：© ISTA
为了进一步了解这种线路，研究人员一直在使用病毒，事实证明病毒是一种强大的工具。 腺相关病毒（AAV）是这方面的理想选择。 它们不具致病性，可以感染包括神经元在内的多种细胞类型。 AAV 经改良后可在显微镜下发出明亮的绿色荧光，无论是逆行（向后，从突触向细胞体）还是顺行（向前，从细胞体向突触），AAV 都能沿着神经元移动。
"这是神经科学中常用的一种技术，尤其是在小鼠等研究较多的生物体中。 "维亚托维奇说："对于两栖动物来说，人们认为无法做到这一点。 直到现在，人们还普遍这么认为。"
为了让AAV标记在两栖动物身上发挥作用，斯威尼和维亚托维奇与来自哥伦比亚大学玛丽亚-托切斯研究小组的国际科学家团队联手合作。 该研究小组还包括来自特拉维夫大学、犹他大学、斯克里普斯研究所和加州理工学院的研究人员。 研究人员集思广益，相互借鉴专业知识，参观会议，进行了无数次"变焦"通话，并提出了不同的观点和想法。
发育中的神经元 青蛙中脑的冠状切片显示，AAV 标记也能捕捉到注射时正在发育的神经元群。 AAV 感染细胞，绿色；出生日期细胞，品红色；细胞核，蓝色。 比例尺，400 微米。 图片来源：© Developmental Cell / Jaeger， Vijatovic， Deryckere， et al.
他们对现有的 AAV 进行了筛选，以找到适合两栖动物的 AAV，并优化了感染策略，最终为青蛙和蝾螈编写了一份"操作指南"。 维贾托维奇总结了他的博士历程："我们从幼小的蝌蚪开始，到较大的蝌蚪，最后到幼蛙、成蛙和成年蝾螈。 我们为每个生命阶段量身定制了工具。"
利用这项新技术，科学家们成功地应用AAV追踪了两栖动物体内的神经元连接。 这将有助于他们进一步了解两栖动物的大脑与哺乳动物的大脑有何不同。 除此之外，新方法还为进一步分析神经元发育打开了大门。 利用筛选出的一些 AAV 变体，研究人员可以在电路发育过程中的特定时间点标记祖细胞，并跟踪观察它们变成了什么神经元。斯威尼说："这样，我们就能通过整个回路的发育过程来解析它，了解它是如何随时间变化的，以及整个神经系统是如何构建的。"
虽然两栖动物和哺乳动物的共同祖先是在大约 3.6 亿年前，但它们有着共同的特征。斯威尼继续说："通过比较青蛙神经系统和人类神经系统的细节，我们可以看到哪些是我们没有的，哪些是我们有的。 这些知识可以帮助我们理解人类神经系统是如何随着时间的推移而变得特化的。我们越了解神经系统的基本构成模块，就越了解如何在疾病和损伤时替换它们。"
编译自/ScitechDaily