一条小鱼以其多功能性与基因组研究人员勾结

在美国国立卫生研究院主校区的三层砖楼的地下室里，有近五十万有机体在水下呼吸，从一个如此小的鸡蛋发展而来，肉眼几乎看不见，像斑马一样条纹。

这个纸夹大小的斑马鱼名副其实，身材矮小，可能会让你误以为它没什么可提供的。但这种小动物在基因组学研究的海洋中正在大肆宣传。

斑马鱼是一种强大的工具，可以帮助研究人员更好地了解与疾病有关的基因。而且，在国家人类基因组研究所(NHGRI)，研究人员通过将鱼的潜力与被称为NHGRI斑马鱼核心的研究所资助的资源相结合，推动人类健康。

该核心使用基因组编辑技术故意在基因中引入小插入或缺失，使其无功能。研究人员然后研究突变鱼，以了解“敲除”基因在正常发育和人类疾病中的作用，NHGRI斑马鱼核心主任Raman Sood博士解释说。

“他们可以在他们想要淘汰的途径中请求任何单个基因或多个基因，”Sood博士说。“这是为NHGRI调查员提供的服务。”

通常基于具有特定遗传疾病的人类患者样品的发现来选择基因。这些发现可能是特定的突变，导致基因失去正常功能，导致交替功能或打开或关闭时打扰。接下来要问的问题是：鱼类被淘汰的同一基因是否模仿人类的疾病?通过以这种方式研究遗传疾病，研究人员可以确认感兴趣的基因的遗传变化是遗传疾病的一个促成因素或实际原因。

NHGRI的斑马鱼核心还使NHGRI的研究人员能够使用多种方法更好地了解各种人类遗传疾病。有些项目使用带荧光标记的转基因鱼来标记特定类型的细胞，如红细胞; 努力测试不同疗法的效果; 与没有基因突变的纸夹大小的兄弟姐妹相比，他们的鱼类更加细腻。对于这些研究人员来说，使用斑马鱼作为他们选择的模式生物的原因与他们研究的疾病一样多种多样。

对于发育基因组学部门负责人Shawn Burgess博士来说，理由归结为鱼类再生的事实。

“我们研究听力的发育生物学，”伯吉斯博士说。“人类不能再生听力。听觉受体死亡，不会再生长。”

但在其他脊椎动物中，如斑马鱼，听觉感受器具有惊人的自我修复能力。

他解释说，人类和其他哺乳动物已经失去了再生听力的能力。他的小组正试图回答这些问题：“我们怎样才能重新开始听证?我们怎样才能重新启动一个在哺乳动物身上丢失的程序?这个基因有哪些?”

斑马鱼的多功能性可以超越耳聋问题，研究影响五种感官的其他疾病。失明症可能是维生素B12代谢紊乱的症状，有机酸研究部门负责人Charles Venditti医学博士解释说，他研究一组导致新陈代谢中断的遗传性疾病。

为了更好地了解导致视力丧失的机制，Venditti博士的研究小组使用斑马鱼发光。通过在视网膜杆和视锥细胞中培育含有荧光标记的鱼并观察其后代的突变斑马鱼，Venditti实验室可以缩小患病眼病可能发展的范围。加强对这一过程的理解最终可以改善预防或治疗方案。

Brian Brooks博士是国家眼科研究所Venditti博士的合作者，也是NHGRI的兼职研究员，他正在努力了解被称为coloboma的眼部缺陷的遗传学，这是一个缺失的部分。镜片，虹膜或视网膜中的组织。

对于布鲁克斯博士的研究项目，使用斑马鱼作为模型既实用又令人大开眼界。

“斑马鱼发育很快，眼睛很大，在这个有机体中可见，”他说。

Paul Liu，博士，肿瘤发生和发展部门负责人及其实验室，探讨导致某些血癌(如白血病)的基因组变化。

虽然刘博士承认斑马鱼不是白血病的成熟模型，但它的透明胚胎在水中远离母体发育，使其成为研究血细胞形成过程的正常过程的理想系统。

“这可以让你在发育期间观察循环血细胞，”他说。“在鼠标模型中，这并不容易。”

自NHGRI的斑马鱼核心于2006年开业以来，其员工已经产生了500多种不同的突变体和转基因品系。此外，其他NHGRI研究人员独立地产生了大量的突变系。这些突变体和转基因鱼在该国最大的斑马鱼设施中居住，NHGRI拥有一半的空间，拥有惊人的9,000个鱼缸。

在Sood博士的指导下，核心有自己的研究计划，旨在支持研究人员和使用它的计划。

Sood博士及其工作人员希望为研究人员创建更加简化的协议，以表征他们自己的突变斑马鱼系，并为核心用户产生“敲入”和“获得功能”突变。

“敲入模型用于制造与临床患者中看到的完全相同的突变，”Sood博士说。

这种方法是研究人员模拟人类疾病的另一种方式。不是敲除感兴趣的基因使其失去功能，而是敲入模型可能更能忠实地代表某些疾病的人类患者所发生的事情。

为了支持“发现的想法，NHGRI的斑马鱼核心是一种资源，用于识别从斑马鱼到人类的物种之间相似的基因或途径，”Venditti博士说。