一项最近的研究探讨了在发育过程中，通过电信号在神经细胞和肌肉细胞之间的复杂通信，称为生物电。这个通信对生物的正常发育和行为至关重要。研究确定了调节这一过程的特定基因，并阐明了任何故障的后果。这些发现为人类肌肉疾病背后的遗传因素提供了宝贵的见解。
经过四十年的探索，生物学领域一个长期存在的问题终于得到了解答，这全都要归功于一项意外的发现——一条无法移动尾巴的斑马鱼。
来自俄勒冈大学的最新研究深入探讨了神经和肌肉细胞之间通过电信号进行的通信，称为生物电。
这种通信通过连接细胞的专门通道发生，在正常发育和行为中发挥着至关重要的作用。研究确定了支配这一过程的特定基因，并描绘了任何干扰的影响。
这些发现不仅提供了对人类肌肉疾病遗传基础的见解，还解决了发育生物学中的长期问题。
俄勒冈大学的神经科学家朱迪思·艾森（Judith Eisen）在1980年代观察到斑马鱼肌肉细胞之间的奇特通信模式，她表达了终于解开这个谜题的喜悦：“这是我们许多人多年来一直想知道的问题——现在我们终于搞清楚了！”
艾森和她的团队在《当前生物学》（Current Biology）上发表了一篇论文，记录了他们的发现。
这项研究巩固了三代俄勒冈大学神经科学家的努力，并提醒所有研究人员细致记录的重要性。几年前，艾森在大楼翻修期间搬到临时实验室时偶然发现了她的原始实验室笔记本。她多年前的手绘草图和简要笔记在今天依然具有相关性。
揭开肌肉之谜
1983年，艾森作为俄勒冈大学蒙特·韦斯特菲尔德（Monte Westerfield）指导下的博士后研究员，开始了她的科学探索之旅，研究斑马鱼作为新的模型生物。目的是利用这些闪闪发光的鱼来研究脊椎动物的发展。
斑马鱼与人类共享许多基因，证明它们是生物研究中的有价值补充，提供了对人类疾病遗传基础的见解。此外，斑马鱼透明的胚胎使得在显微镜下实时观察发育成为可能。
然而，在当时，斑马鱼系统的许多方面仍然是未知领域，迫使生物学家们解读在实验室环境中饲养这些鱼的技巧，并有效地使用它们进行实验。
在一次实验中，艾森和韦斯特菲尔德使用黄色追踪染料以突显斑马鱼的神经细胞时，注意到染料在肌肉细胞中传播的有趣模式。这种传播方式暗示了通过专门通道的直接细胞间通信，这与传统理解的肌肉细胞通信大相径庭。
虽然此类通信通道的存在已知，但当时对支配这一过程的基因缺乏了解，阻碍了进一步探索，导致研究陷入停滞。
尽管遇到了瓶颈，艾森在她的职业生涯中对发育生物学做出了重要贡献，最近还当选为美国国家科学院院士。
在过去的四十年里，艾森和她的俄勒冈大学同事，以及全球的研究人员，继续提升斑马鱼作为模型生物的地位，得益于遗传技术的进步。
一只斑马鱼的异常
几年后，艾森的观察引起了俄勒冈大学神经科学家亚当·米勒（Adam Miller）的注意，他正在探索通过电信号进行的细胞间通信。米勒的团队专注于神经回路的形成和行为，包括研究缝隙连接（gap junctions），即允许细胞之间直接电交流的物理通道，这对早期的发育过程至关重要。
斑马鱼是研究电通信的理想物种，因为它们的透明胚胎便于实时观察电流在细胞中的流动。
在研究具有缝隙连接突变的斑马鱼时，团队成员瑞秋·卢科维奇-贝德福德（Rachel Lukowicz-Bedford）发现一条斑马鱼表现出异常的尾部运动。进一步的实验揭示这条鱼可能与艾森在1980年代的肌肉细胞观察有关联。
在健康的斑马鱼中，研究人员观察到电信号在肌肉细胞之间通过缝隙连接传播。然而，在突变的斑马鱼中，这些信号被干扰，导致不正常的肌肉发育，特征为皱缩的肌肉纤维。
研究小组将这一变化归因于特定基因的突变，证明该基因在创造允许神经系统协调早期肌肉活动的通道中发挥作用。在发育过程中电信号不足导致肌肉纤维无序，结果产生严重的肌肉缺陷。
这一发现澄清了多年前艾森在实验室笔记本中记录的神秘，突显了这些通信通道在肌肉发育中的重要性。
这些发现不仅为人类的肌肉发育提供了见解，而且强调了电信号在发育过程中器官间通信的关键作用，暗示了对理解人类疾病的更广泛影响。
“我们在这篇文章中研究的基因并不是一种独特的斑马鱼基因；它在人类中也存在，”卢科维奇-贝德福德解释道。“通过研究斑马鱼，我们可以深入探讨这个基因在人类中的功能，揭示其奥秘。我们发现了一个先前未知基因的难以捉摸的功能。”
这项研究强调了不同生物系统之间电信号对发育和成人功能的重要性。研究人员建议，类似的通信机制可能在其他身体系统的发展中起作用，不仅限于肌肉。
“理解使这一系统间生物电流流动的基因，理解其机制，并识别通信中断的后果，将为人类疾病提供新的见解，”米勒强调。
