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世界出生缺陷预防日 | 探访河南省儿童医院斑马鱼实验室:看“博士渔夫”如何探寻基因密码

大河报·豫视频记者任倩倩摄影王雷雨

每年9月12日,是“世界出生缺陷预防日”。脊柱裂、先心病、侏儒症……这些可怕的先天性疾病,一不小心就可能摧毁一个家庭。

在我国,出生缺陷发生率约占总出生人口的5.6%,其中遗传因素导致的发育异常尤为突出。

值得注意的是,这类遗传性疾病并非都在出生时即显现,早期识别、精准干预,是改变这些“命运剧本”的关键一步。

“到底是哪个基因出了问题?”

“如何才能避免将缺陷的症状遗传给下一代?”

记者来到河南省儿童医院斑马鱼实验室,看“博士渔夫”如何“小鱼”大用,为这些家庭寻找答案。

在实验室显微注射台前,王龙飞博士正专注地操作着一套精密设备。他手持极细的玻璃针,在显微镜下对准一颗斑马鱼卵。

“我们要在鱼卵还是单细胞发育阶段时,把基因编辑相关蛋白注射进去。”他解释说,通过CRISPR/Cas9等技术,研究团队可以精准“敲除”特定基因,模拟人类疾病的遗传突变。

“比如一个孩子临床症状疑似癫痫疾病,怀疑体内发生了某种与癫痫相关的基因突变,但传统临床医学还不能确诊,我们就可以在斑马鱼身上‘再现’这个突变,观察它会不会出现类似的抽搐等症状。”

注射后的鱼卵被送入恒温培养箱,48小时初现胚胎雏形,3个月即可性成熟,一般可繁殖至1.5年左右。王龙飞说:“斑马鱼胚胎透明、发育快,让我们能直观看到基因突变产生了何种影响,将来就有机会用药物进行治疗干预。”

“斑马鱼虽小,成鱼只有3-5厘米,但它的基因组与人类基因组有87%的同源性”,负责实验室管理的周馨魁指着身后数排循环水养殖架说道。这里饲养着近2万条斑马鱼,每一缸都标注着基因型、出生日期和实验编号。“它们养殖成本低、繁殖周期短且子代数量大,三个月可繁殖一代,所以斑马鱼尤其适合做遗传发育研究。”

更重要的是,斑马鱼是体外受精、体外发育,胚胎全程透明。

“你能实时看到心脏如何跳动、血管怎么生长,甚至神经怎么发育,这是哺乳动物模型无法实现的。”王龙飞补充道。

此外,斑马鱼因体型小,可用96孔板开展高通量药物筛选,在短时间内进行快速测试。“一种药是否有效、是否有毒,一周之内就能初步判断。”

实验室主任张耀东博士告诉记者,河南省儿童医院斑马鱼实验平台目前已构建包括心律失常、肾脏发育畸形、神经发育障碍等十余种疾病模型。“我们不仅是验证病因,更致力于转化,比如为肿瘤患者筛选敏感化疗药,实现真正的个体化精准治疗。”

张耀东表示,平台不仅要解析罕见病,未来也会对肥胖、心律失常等常见病、多发病进行相关研究。

例如,马晓翠博士的研究方向就是营养代谢性疾病,她通过实验发现,用高脂饲料喂养斑马鱼模拟儿童肥胖,鱼也会“肚子越大、脑子越笨”,肥胖的斑马鱼明显运动变少、认知下降。

她希望通过机制研究,找到早期干预肥胖并发症状的新靶点。

“利用斑马鱼模式生物疾病机制发生发展及干预的研究属于基础研究,其成果用于临床应用仍需时间,也需要与小鼠、类器官等多模型联动推进。但未来,斑马鱼在精准医疗发展、加速药物研发、推动疾病机制研究等方面必定大有可为。”张耀东信心满满。