神奇的斑马鱼


2013-09-22 21:31:35  中国钓鱼人网  

    这些项目帮助解释了斑马鱼何以成为科学家们的新宠。但是研究者到底是如何从一种在3亿年前和人类分享同一个祖先的动物身上获取有用的信息的呢?斯坦普提供了答案。这位研究者的办公室里堆放着自行车、头盔和一些凌乱的衣物。从窗口可以看到一个忙碌的建筑工地。那里正在修建欧洲生物信息研究所的新中心。它和斯坦普所属的桑格研究院都位于剑桥郡基因组校区(G enom eCam pus)。自上世纪末创建以来,受基因技术迅猛发展的推动,这片校区一直在不断地扩张。

    科学家们花费了数十亿英镑,用了好几年时间才完成第一张人类基因组图谱。今天,同样的工作只需要几千英镑,几个小时。在桑格研究院,自动基因测序仪每天都会产生上万亿比特的数据,由占据独立办公楼的超级计算机进行处理。“生物信息学是科学的未来,”斯坦普说,“它推动了我们这里的工作,也推动了我们对斑马鱼的研究。”

    在用斑马鱼揭示人类基因的过程中,能够分析海量数据是先决条件。但是在信息产生前,首先要依靠更传统的基因研究方式。“首先是创造变异,”斯坦普说,“我们让雄性斑马鱼接触化学药剂,诱发基因变异。”基因负责指挥蛋白质制造。因此,某个基因的变异可干扰该基因负责的蛋白质的生产。比如,可能导致蛋白质分子体积变小,形状改变。研究者的意图是将特定基因变异与斑马鱼行为或外表的变化联系起来。这一联系可引导他们发现与该基因对应的蛋白质。

    “我们的目标是发现某个基因在未变异之前正常状态下的功能,”桑格研究院的另一位研究者布施-纽特维奇说,“由于斑马鱼和人类分享众多相同基因,通过它们我们就能推断出人类对应基因的功能。”为此,研究者让变异的斑马鱼和普通雌斑马鱼交配。雄鱼的变异被遗传给下一代斑马鱼。第一代小鱼再互相交配,于是第二代小鱼中有一部分必定有两份相同的变异基因,分别来自父亲和母亲。由于有两份拷贝,这一变异基因的作用肯定会在小鱼身上体现出来。

    “我们还对繁殖出的新一代鱼进行基因组测序,”斯坦普说,“然后我们着重研究繁殖出的最后一代斑马鱼,特别是那些有着不同寻常特征的。比如,不久前,在经过变异繁殖后,我们发现了一家子斑马鱼身体里完全没有色素。”“通过基因组分析,我们发现它们的slc22a7b基因发生变异,这显然说明,这个基因和色素制造有关。更重要的是,人类也有对应的基因。”

    斑马鱼对医学研究的重要价值还可以从凯伦·卡尔斯的研究中得到体现。她正在研究一种罕见的肌营养不良症dystroglycanopathy.这种病的症状最早出现在婴幼儿身上,最终可导致运动功能丧失。利用斑马鱼,卡尔斯发现B3galnt2和G m ppB两个基因的变异会导致胚胎发育不良。

    “当这两个基因发生变异时,斑马鱼的胚胎会出现功能和结构缺陷,类似于患有dystroglycanopathy的幼儿的症状,”卡尔斯说,“有力的证据表明,B3galnt2和M m ppB基因的变异导致了幼儿的dystroglycanopathy.找到了致病的基因,可帮助我们研究有效的治疗方法。在检验治疗方法的过程中,斑马鱼的胚胎也可以派上大用场。”

    哈佛大学医学院下属波士顿儿童医院的儿科教授莱纳的·左恩同样对斑马鱼研究充满热情。“斑马鱼是一种神奇的生物系统,”他说,“它们的胚胎可吸收水中的化学物。很容易诱导它们的基因出现变异。”

在左恩领导的一项实验中,研究人员通过给斑马鱼胚胎添加不同的药物,发现一种药物prostaglandinE 2(前列腺素E2)可增加血液干细胞数量。这种细胞由骨髓制造,是各种血液细胞———包括构成人体免疫系统的白细胞———的前体。这一发现具有重大意义。左恩说,它可能帮助提高干细胞移植的成功率,对那些癌症患者尤其有用。“化疗会破坏人体的骨髓,在治疗结束后病人必须得到补充。如果某位患者找不到与之相配的骨髓,医生将用脐带中采集的血液干细胞代替。今天,世界各地都已建立脐血银行。输入脐血可恢复病人的免疫系统。然而,脐血的干细胞含量很低。我们需要在病人免疫系统受损的情况下,找到方法迅速地提升血液干细胞数量。

(原标题:神奇的斑马鱼)


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