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[科技] 为什么我国首次在太空培养脊椎动物要选斑马鱼？

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七里草香 发表于 2024-4-24 19:33:09 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
核心要点：

为什么我国首次在太空培养脊椎动物要选斑马鱼？ 第1张图片


本次神舟十八号将实施国内首次在轨水生生态研究项目，以斑马鱼和金鱼藻为研究对象，在轨建立稳定运行的空间自循环水生生态系统，实现我国在太空培养脊椎动物的突破。那么，为什么斑马鱼会成为太空培养脊椎动物的首选研究对象呢？斑马鱼实验模型有哪些重要的应用？
什么是斑马鱼？

斑马鱼拉丁文学名Brachydanio rerio var，俗称zebrafish，别名蓝条鱼、印度斑马鱼等，属于脊索动物门(Chordata)，辐鳍亚纲(Actinopterygii)，鲤形目(Cypriniformes)，鲤科(Cyprinidae)，鲐属(Danio)，为卵生热带淡水硬骨鱼，主要分布于喜马拉雅山南麓的印度、巴基斯坦、孟加拉及尼泊尔等南亚热带地区的溪流。斑马鱼成鱼体长约3-4厘米，鱼身有数条深蓝色条纹拟似斑马纹，因而得名。斑马鱼性情活泼，结群游动，适应高密度饲养，饲养用水pH6.5-7.5，最适生长水温为25-31℃，可常年产卵，繁殖周期约为7天左右。约3个月达到性成熟，寿命可达3年以上。斑马鱼是一种杂食性小型热带淡水鱼,繁殖周期短,全年可产卵,一次交配可产卵300枚以上。
斑马鱼在体外受精发育,且发育十分迅速,受精3d即可达到早期幼鱼阶段,3个月发育成熟,胚胎和早期幼鱼处于透明状态,便于染色、光学成像观察体内器官。在不换水和不喂食的情况下,胚胎可以存活大约7d,这些特征均利于实验操作和实验重复,节约大量时间成本。近年来，班马鱼实验模型广泛应用于生物医药、日化产品、功能食品及天然产物等的活性筛选及评价，并在安全性评价及环境毒物检测等方面，斑马鱼应用于生命科学研究具有广阔的前景。
斑马鱼是一种小型淡水硬骨鱼类，成鱼体长仅3～4cm。斑马鱼基因与人类基因具有高度同源性，体内许多器官功能机制及生理信号途径与哺乳动物相似，对毒性物质产生与人类相似的反应表现。因此，斑马鱼在发育生物学、疾病模型及药物研发等领域得到日益广泛的应用，成为继于啮齿动物之后的又一重要脊椎模式生物。72hpf后，斑马鱼各器官基本发育完成，体格小、鱼体透明、可视性强，相比于成鱼更易在显微镜下进行观察操作，斑马鱼幼鱼期是开展实验的重要阶段。
斑马鱼实验模型在安全性评价中的应用

目前，斑马鱼已经被广泛应用于发育毒理、环境毒理及药物毒理等毒理学研究领域，其中包括评价肝毒性、神经毒性、致畸作用及器官毒性等多个方面，并具有用药量少，易于观察，可量化，快速且经济等优势。斑马鱼胚胎发育包括受精卵、卵裂、囊胚、原肠胚、神经胚及出膜等，因此人们可以利用受精后不同发育阶段对发育毒性及致畸性评价，指标包括胚胎死亡率、孵化率、体节形成及头部形成等方面。非致死指标包括体节减少、心率减少、孵化延迟及各种畸形等，畸形指标包括头畸形、脊柱弯曲、卵黄囊异常及尾畸形等。在神经毒性研究中，斑马鱼模型与哺乳动物模型一样，可以通过生化指标，形态学改变，行为学变化来评价药物作用，通过行为学实验评估特定神经元功能，其中自发性运动减少作为指标，检测脑神经系统和评价脑发育情况，同时可以对斑马鱼脑部神经元的坏死和凋亡进行检测。斑马鱼神经行为研究的主要优势是基于斑马鱼具有学习、睡觉及神经行为表型等特征，在药物研发的早期阶段确定神经药物的潜在毒性。
斑马鱼心脏形态和功能缺陷可以直接观察，包括胚胎心率、心肌收缩等心脏功能等，及可通过分子标记物来识别。斑马鱼幼鱼出现肝脏毒性时，常出现肝脏颜色和面积改变，也可以通过观察肝脏形态和肝脏特定标记物的表达水平。
转基因技术在斑马鱼领域的迅速发展也拓展了对毒性的研究。在毒性物质的作用下，转基因荧光鱼发育过程中因毒性引起的变化得以直观呈现。近年来，国内外运用转基因斑马鱼检测水体环境中的重金属毒性、环境激素、综合毒性及有机污染物毒性等，成效显著并被受关注。
斑马鱼实验模型在心血管及相关疾病中的应用

心脏是斑马鱼最初发育器官之一，胚胎心脏祖细胞在其5hpf(hours post fertilization)出现，2dpf(days post fertilization)已能构建完整的血液循环系统。人们通过基因编辑技术制备多种心血管系统的组织特异性表达荧光蛋白斑马鱼，能够在荧光显微镜下清晰的观察和评价药物对斑马鱼胚胎和成鱼的影响。Tnnt2基因(也称cTnT基因)编码的肌钙蛋白T在骨骼肌及心肌中特异性表达，该基因突变可诱发多种心肌病。而通过Cas9靶向的基因编辑技术，成功地培育了Tnnt2a敲除(Tnnt2a+/-)斑马鱼品系。Tnnt2a纯合突变的斑马鱼心肌发育障碍，并表现出心脏停搏、房室增大等病理特征。转基因品系Tg(gata1:dsRed)通过观察红色荧光标记细胞，动态追踪荧光信号来实时监测红细胞的动向。这些转基因斑马鱼品系因其视觉可见的血管结构及发育过程，能够用于药效活性及毒理评价的筛选模型。
为什么我国首次在太空培养脊椎动物要选斑马鱼？ 第2张图片


斑马鱼实验模型在神经系统相关疾病中的应用

斑马鱼与人类的神经系统相似，富含胆碱、多巴胺及去甲肾上腺素等，其脑组织也具有部位区分，表现出学习及睡觉等，可用于神经系统发育、行为学及病理学等研究，并且人类很多神经系统疾病相关基因在斑马鱼中都显示高度保守。人们针对阿尔茨海默病(AD)、帕金森病(PD)等危害健康的神经系统疾病的发病机制，构建了多种相应的斑马鱼疾病模型，例如克隆了斑马鱼的早衰蛋白(PSEN)，并通过突变构建了类似AD疾病模型，证明该功能位点在进化上的保守性。通过构建单胺能神经细胞的单胺转运体基因vmat2转基因斑马鱼ETvm2:GFP。可用于研究多巴胺能神经细胞的发育过程和治疗PD的药效活性筛选。利用斑马鱼突变体结合GFP标记技术和活体成像技术，能够实时观测相关蛋白的表达和特定神经元的细胞表型，探究神经生长或突触发育调节分子机制，及神经元损伤及再生等。
最后，也祝愿神十八实验研究项目成功，通过科学家的专业技能与辛勤工作，进一步拓展人类对宇宙奥秘的认知，为全人类的科学进步做出卓越贡献！


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精彩评论2

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沙发
你怎么这样啊 发表于 2024-4-24 19:35:40 | 只看该作者
 
班马鱼实验模型广泛应用于生物医药、日化产品、功能食品及天然产物等的活性筛选及评价，并在安全性评价及环境毒物检测等方面，斑马鱼应用于生命科学研究具有广阔的前景
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板凳
邓英彪字舒之 发表于 2024-4-24 19:51:18 | 只看该作者
 
這是專業知識及學問·非科普；與生活和生命無關者·只作休閑談·非腦談！
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