不一样的模式生物模型  

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第五节 来自有书共读主播阿成

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各位书友,早上好!今天的早读,我们继续共读《重新设计生命》,这本书共分为十章,根据我们所领读的十个主题点,每天阅读一章到两章。建议今天早读阅读本书的第五章。

在近百年间,一只红眼、双翅、羽状触角芒、身体分节、黄褐色的小昆虫竟然能够“培养”出好几位获得诺贝尔奖的大科学家。

它就是生命科学研究过程中最常用的模式生物:果蝇。

科学家们要认识人体基因的功能,又无法直接用人体作为实验对象。所以会选用一些特定的生物进行科学实验,用于揭示具有普遍规律的生命现象。这种被选定的生物物种就是模式生物。

除了果蝇之外,噬菌体、线虫、拟南芥、豌豆、水稻、小白鼠、非洲爪蟾蜍、斑马鱼、海胆等都扮演过模式生物的角色。随着科学研究的发展,还会有新的物种被人们用来作为模式生物。

那么,它们在研究中到底发挥了怎样的作用呢?

人们常常戏称实验品为“小白鼠”。然而在基因研究过程中,小白鼠的确有着举足轻重的作用。

小白鼠基因与人类基因高度同源,人类99%的基因在小白鼠基因组中能找到相应的基因。小白鼠由于个体小、温顺、容易饲养,具有和人类相似的发育过程和组织解剖结构等特点,自17世纪开始,它就被用于解剖学和动物实验。

1974年,麻省理工学院生物学教授鲁道夫·耶尼施在研究“猴病毒40”的致癌性时,偶然间创造出转基因小白鼠。从此,科学家们用小白鼠进行基因实验,一直沿用至今。1982年,华盛顿大学的理查德·帕尔米特和宾夕法尼亚大学的拉尔夫·布林斯特又创造了一种“巨型”老鼠。

当时,帕尔米特和布林斯特在研究一组特殊的基因编码。这组编码可以让蛋白质结合铜、锌、镉等金属离子。实验时,他们把这种蛋白基因与另一个体型较大的老鼠物种生长激素的基因相拼接,形成新的基因构件植入小鼠的受精卵,再移植入雌性小鼠体内。

实验结果发现,因为外来的生长激素基因被永久激活了,这些被实验的小鼠就会比正常小鼠大很多,。这就是著名的“巨鼠实验”。

后来,科学家又通过基因改造,使小鼠完全缺失或获得某个特定的基因功能。人们还利用基因小鼠研究了肥胖、糖尿病、心血管疾病等。

如今小白鼠已成为解析人类基因功能、研究人类疾病最重要的模式生物。也是当今世界上研究最全面的哺乳类实验动物。

小白鼠作为模式生物也有它的局限性。它的体积小、寿命短,它们的一些细胞类型和组织与人类有差异。

科学家们将研究的目光转向了另一种动物——猪。乔治·奥威尔的《动物农场》提到:猪是革命发起人,最后却变得和作为它们前主人——人类无比相似,以致于“再无法辨别哪个是猪,哪个是人了”。

猪和人类某些脏器有类似的结构功能,例如:猪心脏的大小、结构、收缩蛋白和调控心脏的电信号、化学信号等,都与人类心脏有更多的相似度。在科学家进行手术研究时,可以在猪身上进行模拟,以便积累手术经验,找到最优的手术方案。此外,人类的心脏病往往在年纪较大的人群中诱发,而猪的寿命正好可以弥补相关技术、药物研究的缺陷。

基于两者的心脏结构功能和生命机理的相似性。猪也可以是人类的心脏器官移植的重要来源。当人类供体短缺,自愿在死后捐献器官的人群较少时,猪的心脏就替代。经过基因改造的猪心脏,“敲除”掉遗传物质中的排斥功能,甚至可以“敲入”遗传物质的主动整合功能后,可以直接移植入人体,拯救病患的生命。

除了心脏外,肝、肾、胰、肺等器官,也可能纳入移植研究范畴。这就好比我们饮食中常说的“以形补形”,在医学中更是“以形换形”了。

2005年8月,我国第一头克隆猪在河北诞生,这是中国农业大学研究团队在生命科学领域的又一重大突破。作为世界上最大的生猪饲养和消费大国,我国于2017年11月启动了“国际模式猪计划”。今后,在猪功能基因组、基因修饰猪的制备、异种器官移植、疾病模型猪应用等领域,都将会有我们的话语权。

找到移植器官的合适供体是一件好事,但是,你愿意移植一个“猪脑”么?复杂的脑是灵长类生命所特有的。于是,人们将目光转向新的模式生物。

《西游记》中的孙悟空是天地灵石所化。悟空很有灵性,终学得七十二般变化。后来,他大闹天宫、护佑唐僧西游取经过程中,多次用到了分身术。孙悟空的毫毛一拔,在嘴边轻轻一次,口念一声“变”,就“克隆”出无数分身。

孙悟空用毛发变出猴子,这就是当前基因学研究领域中刚刚实现的“体细胞克隆”。

为什么不用普通猴子作为实验动物,而转为研究体细胞克隆猴呢?可以计算一下,一只猴子的怀孕周期为160天。从小猴子出生到性成熟,再到怀孕生育至少要4-6年。灵长类的动物传代时间较长、繁殖力低、遗传背景复杂,各种因素的存在造成较大的个体差异,不利于实验研究。

2017年11月,世界上首只体细胞克隆猴在中国诞生。孙悟空的分身术重回诞生地。体细胞克隆猴的诞生帮助人类推进关于阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病的研究,还可以推动免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病等方面新药的研发。

猴子作为灵长类动物的代表成功加入模式生物的大家庭。也为今后研究人类健康和疾病治疗作出应有的贡献。

基因组的编辑技术正悄然改变着我们的生活。

随着科技进步,我们不仅持有了“基因剪刀”这等神兵利刃,还有了可供实验的各种模型。人们运用这些技术,在大自然中能取得怎样的收获。让我们随着晚读,一起去分子农场一探究竟吧。

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作者:捷Jesse,有书智库签约作者,有书金牌导师,有书同城PMA,热爱国学、海洋学的公仆一枚;个人公众号:轻言悄予。

主播:主播:阿成,有书签约主播。长岛人民广播电台主播,微信号:fac792。新浪微博@阿成Alan。

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热门评论

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有书~1800

2018-10-10 08:30:49 2 14

没有人是为了读书而读书,而是在书中读自己,在书中发现自己,或检查自己。

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沙漠里的青竹

2018-10-10 08:43:40 0 5

除了果蝇之外,噬菌体、线虫、拟南芥、豌豆、水稻、小白鼠、非洲爪蟾蜍、斑马鱼、海胆等都扮演过模式生物的角色。随着科学研究的发展,还会有新的物种被人们用来作为模式生物。

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曾红云

2018-10-10 16:24:56 0 3

2005年,一头客隆猪在河北诞生,并研究了猪心和人心的相似处,传统的以形补形,到科学的以形换型,对要移植器官的病人是有帮助。科技的发展不仅拥有了基因剪刀,还有实体模型!

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禅意.墨香

2018-10-10 13:14:10 0 3

新的阅读领域!

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沈力

2018-10-10 13:18:31 0 3

在人口与健康研究领域应用最广的模式生物,除了常见的“小白鼠”外,还有果蝇等其他物种,而且随着生物科技的发展,越来越多的物种进入研究者的视线。

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福......

2018-10-10 14:02:41 0 3

随着科技进步,我们不仅持有了“基因剪刀”这等神兵利刃,还有了可供实验的各种模型。人们运用这些技术,在大自然中能取得怎样的收获。