隨著“水中小白鼠”斑馬魚（模式動物）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驗室普及開來，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)有多個斑馬魚實驗室，養(yǎng)殖數(shù)萬條斑馬魚，正以其為模式動物開展造血干細胞、藥學(xué)、免疫學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究
斑馬魚活潑好動、觀賞性強，深受養(yǎng)魚愛好者喜愛。可是，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座實驗室內(nèi)，千余個閃著藍光的水箱整齊排列，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，成為大生命科學(xué)領(lǐng)域模式動物的“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)、科研機構(gòu)都設(shè)有斑馬魚實驗室。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)等高校也擁有多個斑馬魚實驗室，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物開展造血干細胞、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。
模式動物“新寵”，87%基因與人類相似
人體有200多種細胞類型，它們從同一個受精卵發(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物主要是實驗室里的小白鼠。但小白鼠等哺乳類動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。這些特點給了人們觀察其發(fā)育過程的機會。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細胞，到完成胚胎發(fā)育，形成外胚層、中胚層、內(nèi)胚層，進而分別發(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的全過程。”山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長劉峰已與斑馬魚打了23年交道，對這個科研上的“合作伙伴”非常熟悉。
劉峰團隊的實驗室內(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)實驗，而且還具有品系多樣化的特點。“每個品系都有不同的特點，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。”劉峰進一步解釋。
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”并能游動的斑馬魚胚胎個體只需24小時。斑馬魚一次性產(chǎn)卵數(shù)量非常可觀，一尾雌魚每次產(chǎn)卵數(shù)量有200-400枚。這些特點便于科研人員進行遺傳學(xué)篩選。“相比小白鼠等模式動物，斑馬魚個體小、養(yǎng)殖成本低，適合實驗室養(yǎng)殖，具備模式動物應(yīng)該具有的特點。”中國海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進化研究所纖毛與器官發(fā)育實驗室副教授謝海波介紹，他們實驗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。任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯都可能會影響斑馬魚的正常發(fā)育。山大生命科學(xué)學(xué)院斑馬魚實驗室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)是實驗室凌晨3點自動開燈導(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；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，進而研究可能導(dǎo)致的發(fā)育表型。在這個實驗室里，類似的基因編輯、原位雜交、顯微注射mRNA等調(diào)控基因表達的實驗幾乎每天都在開展。
劉峰表示，科研人員所做的工作就是在反復(fù)的基因調(diào)控實驗中，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)控機制研究。他領(lǐng)銜的造血干細胞發(fā)育與再生課題組以斑馬魚等為模式動物，研究血液系統(tǒng)發(fā)生的分子機制，尤其是血液與心血管干細胞/前體細胞的形成，造血干細胞命運決定、維持及分化等。“研究模式動物中的造血干細胞，會幫助我們回答人類造血干細胞是如何起源、怎樣運行的。通過基因編輯、小分子化合物誘導(dǎo)等方式改變基因表達，可以把皮膚細胞等變成造血干細胞。未來，技術(shù)成熟時，有望‘制造’出數(shù)目多、功能好、可移植、能治病的造血干細胞，以用于白血病等惡性血液疾病的治療。”劉峰介紹，團隊在造血干細胞產(chǎn)生、擴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物造血干細胞命運決定中的調(diào)控機制，被評為2017年度“中國生命科學(xué)領(lǐng)域十大進展”。
在中國海洋大學(xué)，海洋生物多樣性與進化研究所、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化研究所副所長趙呈天團隊長年以斑馬魚等為模式動物開展纖毛生物學(xué)研究。2018年，趙呈天團隊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制。此后，趙呈天團隊與醫(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)病機理，這使他們的研究成果更有現(xiàn)實應(yīng)用的價值。作為趙呈天團隊的一員，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值。”
中國海洋大學(xué)海洋生物多樣性與進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物開展免疫學(xué)研究。
青島斑馬魚實驗室期待更多成果產(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個斑馬魚實驗室。“保守估計，全國大約有一半的斑馬魚實驗室設(shè)在高校和科研院所。”劉峰除了擔(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、中國動物學(xué)會斑馬魚分會理事長，對全國斑馬魚實驗室建設(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。
各斑馬魚實驗室分別結(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)檢驗實驗室聯(lián)合共建的“斑馬魚模式動物研究與創(chuàng)新應(yīng)用實驗室”，以斑馬魚為主要研究動物模型，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)育及疾病動物模型構(gòu)建、疾病發(fā)生發(fā)展的機制研究，同時開展藥物篩選等應(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物，持續(xù)開展心血管、肝癌等各類疾病模型構(gòu)建，同時開展發(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、護膚品研發(fā)等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，有護膚品企業(yè)建立多種斑馬魚實驗?zāi)Ｐ停糜诋a(chǎn)品功效及安全性評價等。
從全球來看，科研人員以斑馬魚為動物模型，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)、干細胞以及再生醫(yī)學(xué)和進化理論等領(lǐng)域取得重要進展。
期待青島斑馬魚實驗室有更多的成果產(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，讓人們能夠觀察其發(fā)育過程
●在造血干細胞產(chǎn)生、擴增及分化研究，AIS疾病的預(yù)防診斷等方面具有重要參考價值
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