在过去的十年中，神经科学家一直在使用改良版的狂犬​​病毒来标记神经元并追踪它们之间的联系。尽管已证明该技术非常有用，但它有一个主要缺点：该病毒对细胞有毒性，不能用于研究超过两周的时间。

麻省理工学院和艾伦脑科学研究所的研究人员现在已经开发出这种病毒的新版本，该病毒一旦感染细胞便会停止复制，从而使其能够在不损害细胞的情况下传递其遗传物质。使用这种技术，科学家应该能够对感染的神经元进行几个月的研究，从而可以对神经元的功能和连接进行更长期的研究。

麻省理工学院麦戈文脑科学研究所首席研究员，新研究的高级作者伊恩·威克斯汉姆说：“有了第一代载体，病毒就在受感染的神经元中疯狂复制，这对他们不利。” 。“在第二代中，被感染的细胞看起来正常，并且至少在四个月内表现正常(这与我们追踪它们的时间一样长)，并且可能在动物的整个生命周期中都存在。”狂犬病病毒非常适合追踪神经连接，因为它们已经进化为通过称为突触的连接从一个神经元传播到另一个神经元。病毒还可以从轴突末端传播回同一神经元的细胞体。神经科学家可以对病毒进行改造，使其携带用于成像的荧光蛋白基因或用于操纵神经元活动的光敏蛋白基因。

在2007年，Wickersham证明了狂犬病病毒的改良版可用于追踪仅直接连接的神经元之间的突触。在此之前，研究人员一直在使用狂犬病病毒进行类似的研究，但他们无法阻止其在整个大脑中扩散。

通过删除该病毒的五个基因之一，该基因编码通常在被感染细胞表面上发现的一种糖蛋白，Wickersham能够创建一个仅扩散到与最初感染的细胞直接接触的神经元的版本。这种2007年的修改使科学家能够执行“单突触追踪”，该技术使他们能够识别受感染的神经元和为其提供输入的任何神经元之间的连接。

改良的狂犬病病毒的第一代还用于一种称为逆行靶向的相关技术，在该技术中，可以将病毒注射到轴突末端簇中，然后传播回那些轴突的细胞体。这可以帮助研究人员发现将脉冲发送到病毒注射部位的神经元的位置。

麻省理工学院的研究人员已经使用逆行靶向技术来识别投射到伏隔核或中央内侧杏仁核的基底外侧杏仁核的神经元群体。在这种类型的研究中，研究人员可以提供光遗传蛋白，使他们能够操纵每个细胞群的活性。通过选择性地刺激或关闭这两个独立的细胞群，研究人员可以确定其功能。

降低毒性

为了创建这种病毒工具的第二代版本，Wickersham和他的同事删除了聚合酶的基因，而聚合酶是转录病毒基因所必需的。没有这个基因，病毒的危害就会减少，被感染的细胞可以存活更长的时间。在这项新研究中，研究人员发现神经元在感染后长达四个月仍能正常运作。

“第二代病毒进入细胞时会带有自己的几个拷贝的聚合酶蛋白，并能够开始转录其基因，包括我们放入其中的转基因。”但是因为它不能复制更多的聚合酶，所以它没有这种指数级的细胞吸收能力，实际上它似乎是完全无毒的。” Wickersham说。

聚合酶的缺乏还极大地降低了研究人员对该病毒进行工程改造的任何基因的表达，因此，他们需要采取一些额外的遗传手段以达到所需的结果。他们没有使病毒传递荧光或光遗传蛋白的基因，而是对其进行改造以传递一种名为Cre重组酶的酶的基因，该酶可以删除宿主细胞基因组中的靶DNA序列。

然后，该病毒可用于研究小鼠的神经元，这些小鼠的基因组经过工程改造，使其包含重组酶切出一小段DNA时会打开的基因。仅需要少量的重组酶即可打开目标基因，该基因可以编码荧光蛋白或其他类型的标记分子。如果研究人员同时注射另一种携带重组酶激活的荧光蛋白基因的病毒，那么第二代病毒也可以在普通小鼠中起作用。

这篇新论文表明，第二代病毒可以很好地用于逆向标记，而不是追踪细胞之间的突触，但是研究人员现在也开始将其用于单突触追踪。