隨著“水中小白鼠”斑馬魚（模式動(dòng)物）在科研領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，斑馬魚養(yǎng)殖系統(tǒng)不僅進(jìn)駐到了科研單位、醫(yī)院、生物科技企業(yè)，還在越來越多的高校實(shí)驗(yàn)室普及開來，其中當(dāng)然少不了上海海圣的斑馬魚養(yǎng)殖設(shè)備！海圣憑借著產(chǎn)品安全穩(wěn)定的性能、及時(shí)優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)和敢于突破的創(chuàng)新精神，獲得了用戶的認(rèn)可和支持，擁有約80%的市場占有率！下文中應(yīng)用到的均為海圣的產(chǎn)品！讓我們一起來探索“水中小白鼠”斑馬魚和人類的那些“秘密”吧！
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“水中小白鼠”斑馬魚和人類的那些“秘密”
駐青高校設(shè)有多個(gè)斑馬魚實(shí)驗(yàn)室，養(yǎng)殖數(shù)萬條斑馬魚，正以其為模式動(dòng)物開展造血干細(xì)胞、藥學(xué)、免疫學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究
斑馬魚活潑好動(dòng)、觀賞性強(qiáng)，深受養(yǎng)魚愛好者喜愛?？墒?，你能想到它還是高校、院所科研人員的“親密伙伴”嗎？
在山東大學(xué)青島校區(qū)第周苑B座實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，千余個(gè)閃著藍(lán)光的水箱整齊排列，許多只有一寸多長的條紋小魚在水中嬉戲。這種小魚便是被稱為“水中小白鼠”的斑馬魚。因其全身布滿多條深藍(lán)色條紋似斑馬，故而得名斑馬魚。斑馬魚具有體外受精和發(fā)育、早期胚胎透明、產(chǎn)卵量多、繁殖快以及基因與人類基因相似度高等特點(diǎn)，成為大生命科學(xué)領(lǐng)域模式動(dòng)物的“后起之秀”。
在山東大學(xué)青島校區(qū)，一排排斑馬魚房排列整齊。
放眼全球，眾多國家的大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)都設(shè)有斑馬魚實(shí)驗(yàn)室。在青島，山東大學(xué)青島校區(qū)、中國海洋大學(xué)、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校也擁有多個(gè)斑馬魚實(shí)驗(yàn)室，養(yǎng)殖了數(shù)萬條斑馬魚。目前，島城科研人員正以斑馬魚為模式動(dòng)物開展造血干細(xì)胞、脊柱發(fā)育、藥學(xué)、免疫學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究，解碼生命奧秘，探尋重大疾病治療路徑，為人類健康事業(yè)發(fā)展筑基。
模式動(dòng)物“新寵”，87%基因與人類相似
人體有200多種細(xì)胞類型，它們從同一個(gè)受精卵發(fā)育而來，擁有幾乎完全一樣的基因組信息，但形態(tài)和功能卻千差萬別，這個(gè)生命過程至今仍有許多問題待解。與人類基因高度相似的模式動(dòng)物，則為科研人員開啟了一扇窺探生命奧秘的窗戶。科學(xué)家通過對選定的動(dòng)物物種展開科學(xué)研究，揭示某種具有普遍規(guī)律的生命現(xiàn)象，對于理解人類生命科學(xué)、疾病預(yù)防和治療以及藥物研發(fā)等意義重大。
此前，人們所熟知的模式動(dòng)物主要是實(shí)驗(yàn)室里的小白鼠。但小白鼠等哺乳類動(dòng)物胚胎一般都在母體內(nèi)發(fā)育，不便于研究觀察。而斑馬魚是一種分布于孟加拉國、印度、巴基斯坦等國家和地區(qū)的淡水魚，它體型小、長約4厘米，具有體外受精、體外發(fā)育、早期胚胎透明等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)給了人們觀察其發(fā)育過程的機(jī)會。此外，斑馬魚兼具諸多優(yōu)勢，因而成了科研人員的“新寵”。
“斑馬魚基因與人類基因相似度高達(dá)87%，其早期胚胎發(fā)育過程跟人類高度相似。從受精卵分裂成多個(gè)細(xì)胞，到完成胚胎發(fā)育，形成外胚層、中胚層、內(nèi)胚層，進(jìn)而分別發(fā)育成表皮、神經(jīng)系統(tǒng)、腸道、肌肉、骨骼和脈管系統(tǒng)等一系列的發(fā)育過程，均可以通過不同的轉(zhuǎn)基因標(biāo)記在顯微鏡下觀察。這非常便于我們了解生命演進(jìn)的全過程?！鄙綎|大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長劉峰已與斑馬魚打了23年交道，對這個(gè)科研上的“合作伙伴”非常熟悉。
劉峰團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)養(yǎng)殖了萬余條斑馬魚，不僅有足夠的數(shù)量應(yīng)對科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而且還具有品系多樣化的特點(diǎn)。“每個(gè)品系都有不同的特點(diǎn)，從而滿足不同的科研需求，比如說有的品系是透明的，有的品系血液可以發(fā)出熒光?！眲⒎暹M(jìn)一步解釋。
除了便于觀察研究，斑馬魚還有養(yǎng)殖方便、繁殖周期短的優(yōu)勢。它從受精卵到一條“長出小尾巴”并能游動(dòng)的斑馬魚胚胎個(gè)體只需24小時(shí)。斑馬魚一次性產(chǎn)卵數(shù)量非?？捎^，一尾雌魚每次產(chǎn)卵數(shù)量有200-400枚。這些特點(diǎn)便于科研人員進(jìn)行遺傳學(xué)篩選?！跋啾刃“资蟮饶Ｊ絼?dòng)物，斑馬魚個(gè)體小、養(yǎng)殖成本低，適合實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)殖，具備模式動(dòng)物應(yīng)該具有的特點(diǎn)?！敝袊Ｑ蟠髮W(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所纖毛與器官發(fā)育實(shí)驗(yàn)室副教授謝海波介紹，他們實(shí)驗(yàn)室的斑馬魚房啟用于2013年，目前約有2.5萬條斑馬魚。
不過，斑馬魚也有“嬌貴”的一面，如：養(yǎng)殖水溫要維持在28至29攝氏度之間，pH值、鹽離子濃度等要維持在一定范圍內(nèi)，要有規(guī)律的光照周期。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)都可能會影響斑馬魚的正常發(fā)育。山大生命科學(xué)學(xué)院斑馬魚實(shí)驗(yàn)室2023級博士研究生金漢卿表示，他們曾經(jīng)遭遇過斑馬魚不產(chǎn)卵的問題，“后來發(fā)現(xiàn)是實(shí)驗(yàn)室凌晨3點(diǎn)自動(dòng)開燈導(dǎo)致斑馬魚作息紊亂”。
相關(guān)研究可用于人類疾病預(yù)防和控制
斑馬魚房內(nèi)，一條條斑馬魚正在各自的“小房子”里歡快游動(dòng)；斑馬魚房外，山大生物與醫(yī)藥專業(yè)研一學(xué)生趙慧穎正屏住呼吸，借助顯微鏡，用針頭不及頭發(fā)絲百分之一粗細(xì)的顯微注射針向凹槽內(nèi)小米粒大小的斑馬魚胚胎注射嗎啉代寡核苷酸，以改變其某種基因的表達(dá)，進(jìn)而研究可能導(dǎo)致的發(fā)育表型。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，類似的基因編輯、原位雜交、顯微注射mRNA等調(diào)控基因表達(dá)的實(shí)驗(yàn)幾乎每天都在開展。
劉峰表示，科研人員所做的工作就是在反復(fù)的基因調(diào)控實(shí)驗(yàn)中，開展發(fā)育、疾病和再生醫(yī)學(xué)等方面基礎(chǔ)研究，回答最基本的生物學(xué)問題，從而更好服務(wù)于人類健康事業(yè)。
劉峰多年來主要從事血液系統(tǒng)發(fā)生的遺傳和表觀遺傳調(diào)控機(jī)制研究。他領(lǐng)銜的造血干細(xì)胞發(fā)育與再生課題組以斑馬魚等為模式動(dòng)物，研究血液系統(tǒng)發(fā)生的分子機(jī)制，尤其是血液與心血管干細(xì)胞/前體細(xì)胞的形成，造血干細(xì)胞命運(yùn)決定、維持及分化等?！把芯磕Ｊ絼?dòng)物中的造血干細(xì)胞，會幫助我們回答人類造血干細(xì)胞是如何起源、怎樣運(yùn)行的。通過基因編輯、小分子化合物誘導(dǎo)等方式改變基因表達(dá)，可以把皮膚細(xì)胞等變成造血干細(xì)胞。未來，技術(shù)成熟時(shí)，有望‘制造’出數(shù)目多、功能好、可移植、能治病的造血干細(xì)胞，以用于白血病等惡性血液疾病的治療。”劉峰介紹，團(tuán)隊(duì)在造血干細(xì)胞產(chǎn)生、擴(kuò)增及分化等方向取得了一系列研究成果，其中，2017年在《自然》雜志發(fā)表的論文首次揭示了m6A mRNA甲基化修飾在脊椎動(dòng)物造血干細(xì)胞命運(yùn)決定中的調(diào)控機(jī)制，被評為2017年度“中國生命科學(xué)領(lǐng)域十大進(jìn)展”。
在中國海洋大學(xué)，海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所、醫(yī)藥學(xué)院的科研人員正在將斑馬魚作為模式動(dòng)物開展脊柱側(cè)凸、藥物研發(fā)等研究工作。海大海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所副所長趙呈天團(tuán)隊(duì)長年以斑馬魚等為模式動(dòng)物開展纖毛生物學(xué)研究。2018年，趙呈天團(tuán)隊(duì)首次解釋了斑馬魚纖毛突變引起胚胎體軸發(fā)育缺陷和成魚脊柱彎曲的分子機(jī)制。此后，趙呈天團(tuán)隊(duì)與醫(yī)院合作獲得青少年脊柱側(cè)凸患者數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸（AIS）患者存在與斑馬魚一樣的發(fā)病機(jī)理，這使他們的研究成果更有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的價(jià)值。作為趙呈天團(tuán)隊(duì)的一員，謝海波介紹：“我國有近500萬的脊柱彎曲患者，且以每年30萬人數(shù)遞增，其中最為常見的是AIS患者。該成果對AIS疾病的預(yù)防和診斷都具有重要參考價(jià)值?！?/span>
中國海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所副教授謝海波在工作中。
在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)藍(lán)谷校區(qū)，海洋科學(xué)與工程學(xué)院科研人員正在以斑馬魚為模式動(dòng)物開展免疫學(xué)研究。
青島斑馬魚實(shí)驗(yàn)室期待更多成果產(chǎn)出
中國國家斑馬魚資源中心是國際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的與位于美國的國際斑馬魚資源中心、位于德國的歐洲斑馬魚資源中心并列的全球三大斑馬魚資源庫之一。該中心網(wǎng)站顯示，在我國，共有超過500個(gè)斑馬魚實(shí)驗(yàn)室。“保守估計(jì)，全國大約有一半的斑馬魚實(shí)驗(yàn)室設(shè)在高校和科研院所?！眲⒎宄藫?dān)任山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長外，還擔(dān)任國際斑馬魚學(xué)會主席、中國動(dòng)物學(xué)會斑馬魚分會理事長，對全國斑馬魚實(shí)驗(yàn)室建設(shè)頗為了解。
山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長劉峰（中）已與斑馬魚打了23年交道。
各斑馬魚實(shí)驗(yàn)室分別結(jié)合自身所長，開展不同領(lǐng)域的科學(xué)研究。今年4月，廣東醫(yī)科大學(xué)與東莞蘭衛(wèi)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合共建的“斑馬魚模式動(dòng)物研究與創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室”，以斑馬魚為主要研究動(dòng)物模型，結(jié)合發(fā)育生物學(xué)、病理學(xué)和藥理、毒理學(xué)等，致力于發(fā)育及疾病動(dòng)物模型構(gòu)建、疾病發(fā)生發(fā)展的機(jī)制研究，同時(shí)開展藥物篩選等應(yīng)用技術(shù)研究；上海交通大學(xué)科研人員以斑馬魚為模式動(dòng)物，持續(xù)開展心血管、肝癌等各類疾病模型構(gòu)建，同時(shí)開展發(fā)育遺傳學(xué)、毒理學(xué)檢測、納米材料物性分析、環(huán)境毒性與人類健康等領(lǐng)域研究。
除了基礎(chǔ)科學(xué)研究，斑馬魚在水質(zhì)檢測、護(hù)膚品研發(fā)等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，有護(hù)膚品企業(yè)建立多種斑馬魚實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用于產(chǎn)品功效及安全性評價(jià)等。
從全球來看，科研人員以斑馬魚為動(dòng)物模型，已在生物學(xué)、腫瘤學(xué)、毒理學(xué)、生殖醫(yī)學(xué)、遺傳學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、干細(xì)胞以及再生醫(yī)學(xué)和進(jìn)化理論等領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。
期待青島斑馬魚實(shí)驗(yàn)室有更多的成果產(chǎn)出，為大健康產(chǎn)業(yè)添磚加瓦。
●斑馬魚基因與人類基因相似度高達(dá)87%，其早期胚胎發(fā)育過程跟人類高度相似
●具有體外受精、體外發(fā)育、早期胚胎透明等特點(diǎn)，讓人們能夠觀察其發(fā)育過程
●在造血干細(xì)胞產(chǎn)生、擴(kuò)增及分化研究，AIS疾病的預(yù)防診斷等方面具有重要參考價(jià)值
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