提起小白鼠,大家都知道,它是科研和医学领域中不可或缺的一部分,不仅作为实验对象帮助科学家们进行各种生理、病理和药理研究,还在基因工程和疾病模型研究中发挥了重要作用。但大家或许不知道,在生物多样性的世界中,还有一种不起眼的小生灵,正和小白鼠一起,用自己的生命为人类健康事业做着巨大的贡献。
2月21日,记者走进青岛高新区一家生物技术公司的培养室,在这个充满神秘氛围的空间里,一条条小小的斑马鱼,为我们透露了科学研究不为人知的秘密。同时,一幅关于斑马鱼的商业蓝图,也一并展现开来……
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显微镜下斑马鱼的模型
集体食宿,配有“婚房”上午9点,走进斑马鱼培养实验室,此时墙壁上的仪表显示室温28℃。记者目之所及,是一个个闪着绿光的水箱,整齐地排列在架子上,水箱里细密的气泡升腾,一群群不及人一节手指大小的鱼儿在悠然地游来游去。
这就是有着“水中小白鼠”美誉的斑马鱼。它们全身布满多条深蓝色纵纹,与银白色或金黄色纵纹相间排列,正如同斑马身上的条纹。这些小精灵和家中水族缸里的观赏鱼并无二致,究竟蕴藏着怎样的秘密呢?
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显微镜下斑马鱼的模型
“斑马鱼因为体外受精和发育、早期胚胎透明以及产卵量多等特性,已经成为实验室常用的模式动物。”青岛奔月生物技术有限公司研发总监李计强解密道,小白鼠作为实验室主角,为科学实验所做的贡献已经尽人皆知,作为“后起之秀”的斑马鱼则名气稍逊,但是它的作用同样至关重要。
斑马鱼作为模式动物,即被生物学家选定进行科学研究,用于揭示某种具有普遍规律的生命现象的动物物种。它有几个独特优势:一是体外受精、发育快速;二是产卵数目很多,一尾雌鱼平均每次产卵200枚以上,便于进行高通量筛选;再就是斑马鱼胚胎及早期幼鱼透明,方便研究人员观察实验结果。
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斑马鱼实验室
“200枚卵就相当于200只小白鼠。”李计强做了个比较,“如果把实验室里所有架子都养满的话,能养到几万条鱼,这可比小白鼠方便,而且数量更多。如果培养几万只小白鼠的话,花费是非常昂贵的。”
上午9点左右,是斑马鱼进食的时段。按惯例,实验室人员会在每天的上午9点和下午3点统一对斑马鱼进行喂食,一天喂食两次。
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李计强
“斑马鱼喜欢吃一种非常微小的虾,叫作丰年虾。”实验室工作人员张倩手里拿着一个锥形器皿,里面装满了斑马鱼喜欢吃的丰年虾,小到相当于我们平时常见虾的虾籽。她用一根吸管,先吸入一些丰年虾,然后马上投入斑马鱼的培养箱,接下来,便目不转睛地盯着培养箱观察,“要观测它们的进食情况,保证每条鱼都可以吃到丰年虾。”
管理是非常严格的,除了定点投喂、培养箱要维持在28℃左右恒温状态,这些住在“集体宿舍”里的斑马鱼还被安排了规律的作息时间。“宿舍”会从早8点一直到晚10点保持照明,“如果不关灯,调皮的斑马鱼就不睡觉,一直游动。”张倩说。
培养室的桌子上还放着几个单独的水箱,张倩透露,这都是斑马鱼的“婚房”。进行交配的斑马鱼会在“婚房”里完成受孕,“婚房”底部有过滤层,产下的鱼卵会沉入过滤层下,防止被成鱼吃掉。
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斑马鱼的“婚房”
从受精卵到一条“长出小尾巴”并能游动的斑马鱼胚胎,只需24小时,其一天的生长速度相当于鼠类8到10天的发育进程。“所以,斑马鱼作为实验用模式动物,它的繁殖优势是非常突出的。”张倩说。
遍尝“百草”,鱼小贡献大在斑马鱼培养室外,一位工作人员正屏住呼吸,借助一台显微设备,用比头发丝还要细的显微注射针,向米粒大小的斑马鱼胚胎注射特殊试剂。李计强介绍:“显微注射可以改变斑马鱼某种基因的表达,进而模拟形成不同的人类疾病模型。”在这里,类似的基因编辑等调控基因表达的实验几乎每天都在开展。
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斑马鱼模型
“斑马鱼基因与人类基因相似度高达87%,其早期胚胎发育过程跟人类高度相似,这意味着在斑马鱼身上进行的实验,其结果大多数情况下可类比到人身上。”李计强解释,从受精卵分裂成多个细胞,再到完成胚胎发育,形成外胚层、中胚层、内胚层,进而分别发育成表皮、神经系统、肠道、肌肉、骨骼和脉管系统等一系列的发育过程,均可以通过不同的转基因标记在显微镜下观察。这非常便于科学家们了解生命演进的全过程。
在实验室采集的斑马鱼模型样本照片中,记者看到有很多荧光斑马鱼,据介绍,它们都是经过基因编辑后,用来做研究的模型。
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显微镜下观测斑马鱼模型
“荧光斑马鱼不是大自然的产物,而是一种转基因生物。荧光斑马之所以能发光,是因为它存在海洋生物的发光基因。”李计强进一步解释道:“每个品系都有不同的特点,从而满足不同的科研需求,比如说有的品系是白化透明的,有的品系血液可以发出荧光。”
李计强又向记者展示了一张荧光标记心脏的斑马鱼照片,“斑马鱼的心脏虽小,但同样包含一个心房和一个心室这两个空腔,而且它们的心脏就像人类的心脏一样,内部有厚厚的肌肉壁,能有效地将血液泵至全身复杂的血管。”
“我们最近在给一个食品企业做减肥测试,刚培育了一些肥胖的斑马鱼,通过投喂高糖类和高脂类食物,让斑马鱼变胖,然后再投入测试的减肥食品,以观察它的功效。”实验室工作人员张倩介绍道。
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张倩在喂食
“古有神农尝百草,今有斑马鱼为人类试药。”一位实验室工作人员开玩笑地说。
此前,人们所熟知的模式动物主要是实验室里的小白鼠。但小白鼠等哺乳类动物胚胎一般都在母体内发育,不便于研究观察。而斑马鱼是一种分布于孟加拉国、印度、巴基斯坦等国家和地区的淡水鱼,它体型小、长约4厘米,因其易获得、易大量饲养、繁育力高、易观察等诸多优良实验特性,成了科研人员的“新宠”。
“从模型建立到检测,我们的实验室能够做到10个工作日出结果。因此斑马鱼被越来越多地用于药物筛选,降低药物研发成本,缩短药物研发时间。”李计强自豪地说。
首当“鱼航员”,进驻天宫不久前,斑马鱼还迎来一个高光时刻——它成为入驻中国空间站的幸运儿!
2024年4月25日,由四条斑马鱼和金鱼藻构成的水生生保系统,随神舟十八号乘组成功入驻天宫,这也是我国首次在空间站实施在轨水生生态研究项目。这四条小斑马鱼在太空表现亮眼,虽然在微重力下,斑马鱼出现腹背颠倒、旋转、转圈等异常情况,但总体状态良好。科研人员原本估计它们只能存活一个月,但结果令人意外,这些斑马鱼在太空存活了6个月,展现了顽强的生命力,并于2024年11月4日,随神舟十八号飞船顺利返回,实现了我国在太空培育脊椎动物的突破。
从天到地,放眼全球,众多国家的大学、科研机构都设有斑马鱼实验室。如今在青岛,也有一些高校的科研人员正以斑马鱼为模式动物展开造血干细胞、脊柱发育、药学、免疫学等基础科学研究,解码生命奥秘,探寻重大疾病治疗路径,为人类健康事业发展筑基。
青岛奔月生物技术有限公司董事长陈良表示,作为山东省唯一一家、整个北方地区也首屈一指的商业型、服务型的斑马鱼实验室,会持续“提供专业化、定制化、权威化一站式斑马鱼技术方案和科研服务,为医院和高校科研输入强劲动力,这一商业领域的前景是一片蓝海”。
“随着消费者消费观念日趋理性,对食品、保健食品和化妆品的安全性和功效性的要求越来越高,使得这些产品安全性和功效性的评价显得尤其重要。”陈良介绍,以斑马鱼生物活性评价平台为依托,科研人员所做的工作就是在反复的基因调控实验中,开展疾病和医学等方面基础研究,回答多样化的生物学问题。
“我们希望通过对这条小鱼的研究,造福更多研究领域,更好地服务于人类的大健康事业。”陈良满怀信心地说。
(半岛全媒体首席记者 高芳)