在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院主校區(qū)的三層磚樓的地下室里，有近五十萬有機(jī)體在水下呼吸，從一個(gè)如此小的雞蛋發(fā)展而來，肉眼幾乎看不見，像斑馬一樣條紋。

這個(gè)紙夾大小的斑馬魚名副其實(shí)，身材矮小，可能會(huì)讓你誤以為它沒什么可提供的。但這種小動(dòng)物在基因組學(xué)研究的海洋中正在大肆宣傳。

斑馬魚是一種強(qiáng)大的工具，可以幫助研究人員更好地了解與疾病有關(guān)的基因。而且，在國(guó)家人類基因組研究所(NHGRI)，研究人員通過將魚的潛力與被稱為NHGRI斑馬魚核心的研究所資助的資源相結(jié)合，推動(dòng)人類健康。

該核心使用基因組編輯技術(shù)故意在基因中引入小插入或缺失，使其無功能。研究人員然后研究突變魚，以了解“敲除”基因在正常發(fā)育和人類疾病中的作用，NHGRI斑馬魚核心主任Raman Sood博士解釋說。

“他們可以在他們想要淘汰的途徑中請(qǐng)求任何單個(gè)基因或多個(gè)基因，”Sood博士說。“這是為NHGRI調(diào)查員提供的服務(wù)。”

通常基于具有特定遺傳疾病的人類患者樣品的發(fā)現(xiàn)來選擇基因。這些發(fā)現(xiàn)可能是特定的突變，導(dǎo)致基因失去正常功能，導(dǎo)致交替功能或打開或關(guān)閉時(shí)打擾。接下來要問的問題是：魚類被淘汰的同一基因是否模仿人類的疾病?通過以這種方式研究遺傳疾病，研究人員可以確認(rèn)感興趣的基因的遺傳變化是遺傳疾病的一個(gè)促成因素或?qū)嶋H原因。

NHGRI的斑馬魚核心還使NHGRI的研究人員能夠使用多種方法更好地了解各種人類遺傳疾病。有些項(xiàng)目使用帶熒光標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因魚來標(biāo)記特定類型的細(xì)胞，如紅細(xì)胞; 努力測(cè)試不同療法的效果; 與沒有基因突變的紙夾大小的兄弟姐妹相比，他們的魚類更加細(xì)膩。對(duì)于這些研究人員來說，使用斑馬魚作為他們選擇的模式生物的原因與他們研究的疾病一樣多種多樣。

對(duì)于發(fā)育基因組學(xué)部門負(fù)責(zé)人Shawn Burgess博士來說，理由歸結(jié)為魚類再生的事實(shí)。

“我們研究聽力的發(fā)育生物學(xué)，”伯吉斯博士說。“人類不能再生聽力。聽覺受體死亡，不會(huì)再生長(zhǎng)。”

但在其他脊椎動(dòng)物中，如斑馬魚，聽覺感受器具有驚人的自我修復(fù)能力。

他解釋說，人類和其他哺乳動(dòng)物已經(jīng)失去了再生聽力的能力。他的小組正試圖回答這些問題：“我們?cè)鯓硬拍苤匦麻_始聽證?我們?cè)鯓硬拍苤匦聠?dòng)一個(gè)在哺乳動(dòng)物身上丟失的程序?這個(gè)基因有哪些?”

斑馬魚的多功能性可以超越耳聾問題，研究影響五種感官的其他疾病。失明癥可能是維生素B12代謝紊亂的癥狀，有機(jī)酸研究部門負(fù)責(zé)人Charles Venditti醫(yī)學(xué)博士解釋說，他研究一組導(dǎo)致新陳代謝中斷的遺傳性疾病。

為了更好地了解導(dǎo)致視力喪失的機(jī)制，Venditti博士的研究小組使用斑馬魚發(fā)光。通過在視網(wǎng)膜桿和視錐細(xì)胞中培育含有熒光標(biāo)記的魚并觀察其后代的突變斑馬魚，Venditti實(shí)驗(yàn)室可以縮小患病眼病可能發(fā)展的范圍。加強(qiáng)對(duì)這一過程的理解最終可以改善預(yù)防或治療方案。

Brian Brooks博士是國(guó)家眼科研究所Venditti博士的合作者，也是NHGRI的兼職研究員，他正在努力了解被稱為coloboma的眼部缺陷的遺傳學(xué)，這是一個(gè)缺失的部分。鏡片，虹膜或視網(wǎng)膜中的組織。

對(duì)于布魯克斯博士的研究項(xiàng)目，使用斑馬魚作為模型既實(shí)用又令人大開眼界。

“斑馬魚發(fā)育很快，眼睛很大，在這個(gè)有機(jī)體中可見，”他說。

Paul Liu，博士，腫瘤發(fā)生和發(fā)展部門負(fù)責(zé)人及其實(shí)驗(yàn)室，探討導(dǎo)致某些血癌(如白血病)的基因組變化。

雖然劉博士承認(rèn)斑馬魚不是白血病的成熟模型，但它的透明胚胎在水中遠(yuǎn)離母體發(fā)育，使其成為研究血細(xì)胞形成過程的正常過程的理想系統(tǒng)。

“這可以讓你在發(fā)育期間觀察循環(huán)血細(xì)胞，”他說。“在鼠標(biāo)模型中，這并不容易。”

自NHGRI的斑馬魚核心于2006年開業(yè)以來，其員工已經(jīng)產(chǎn)生了500多種不同的突變體和轉(zhuǎn)基因品系。此外，其他NHGRI研究人員獨(dú)立地產(chǎn)生了大量的突變系。這些突變體和轉(zhuǎn)基因魚在該國(guó)最大的斑馬魚設(shè)施中居住，NHGRI擁有一半的空間，擁有驚人的9,000個(gè)魚缸。

在Sood博士的指導(dǎo)下，核心有自己的研究計(jì)劃，旨在支持研究人員和使用它的計(jì)劃。

Sood博士及其工作人員希望為研究人員創(chuàng)建更加簡(jiǎn)化的協(xié)議，以表征他們自己的突變斑馬魚系，并為核心用戶產(chǎn)生“敲入”和“獲得功能”突變。

“敲入模型用于制造與臨床患者中看到的完全相同的突變，”Sood博士說。

這種方法是研究人員模擬人類疾病的另一種方式。不是敲除感興趣的基因使其失去功能，而是敲入模型可能更能忠實(shí)地代表某些疾病的人類患者所發(fā)生的事情。

為了支持“發(fā)現(xiàn)的想法，NHGRI的斑馬魚核心是一種資源，用于識(shí)別從斑馬魚到人類的物種之間相似的基因或途徑，”Venditti博士說。