猫和老鼠手拉手面对实验室,为遗传学研究出一份力

2021-08-28   来源:新浪科技综合 原文链接:点击获取

来源:我是科学家iScientist

如今,“吸猫”已成为年轻一代中风靡的新时尚。养猫晒猫,去猫咖撸猫,在各大小平台上“云吸猫”是不少年轻朋友的日常。对于如我一般的科研狗们来说,在被科研蹂躏到精疲力尽时薅一只猫猫来狠狠地吸上一口,顿时能平复压力、满血复活,同冰冷冷的数据再战上三百回合。

但谁能想到,猫咪除了给科研狗们精神慰藉之外,还能为人类的健康卫生科研事业添砖加瓦呢。2021年7月发在《遗传学趋势》(Trends in Genetics)的一篇文章指出,猫咪也适合当作模式动物,为遗传学研究出一份力[1]。以后科研狗可以在实验室正大光明吸猫啦!

猫咪是人类的好朋友|Pixabay

模式动物的选择标准

提到“模式动物”一词,可能大家都比较陌生,但实际上我们生病时吃的药,打的针,挂的水,都离不开模式动物的帮助才能被研发出来。

生命科学研究领域的小伙伴们熟悉的小鼠、果蝇、斑马鱼都是基础实验室里常见的实验动物,很多脑科学领域的模式动物还会涉及到非人的灵长类动物,如狨猴、食蟹猴和恒河猴等。

1 食蟹猴(Macaca fascicularis) | Pixabay

2 非洲爪蟾(Xenopus laevis) | Wikimedia Commons, Chris Brown / Public domain

3 黑腹果蝇(Drosophila melanogaster) | Wikimedia Commons, 

André Karwath aka Aka / CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

4 小家鼠(Mus musculus) | Wikimedia Commons, 

George Shuklin / CC BY-SA 1.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0)

5 斑马鱼(Zebrafish)| Wikimedia Commons,  Azul  

这些模式动物都有什么共性呢?什么样的动物才能成为合格的模式动物呢?

《实验动物医学》(Laboratory Animal Medicine)一书详细地论述了实验动物的发展历史。早在公元前2000年,当时的古巴比伦人和叙利亚人就保留了给动物手术、用药的资料[3]。随着时代的发展,模式动物的存在为揭示生物医学领域的秘密提供了不可或缺的帮助。模式动物在研究中的比重越来越大,模式动物的概念和选择标准也越来越清晰。

并不是所有的动物都能成为模式动物的。在生命科学、医药健康领域研究中,与人类或其它稀有的被研究物种有极其相似的生理、病理特征,且易获得、易操作的实验动物才有资格作为模式动物。所以,模式动物的选择标准主要是三点:

·有研究价值。要与被研究物种有极其相似的生理、病理特征。相似性越高,研究价值越大;

·世代短,子代多,易于繁殖。就像没有人会选择乌龟作为实验动物一样,实验动物过长的寿命会给实验者观察带来困难,严重拖缓实验进程。同时,子代多且易于繁殖也会大大降低实验成本;

·易于进行实验操作。不同的动物生理特点、解剖构造大不相同,所以选择动物来进行实验时,就要考虑到每种动物的特征。例如大鼠没有胆囊,就不能选做胆囊相关的研究。

“猫和老鼠”

非常符合这三条标准的小鼠,早在17世纪时,就已成为实验动物。

目前,小鼠已是世界上研究得最为详尽的哺乳类实验动物。小鼠基因组测序计划已经完成。小鼠和人类的基因非常相似,人类99%的基因都能在小鼠基因组中找到,而且同源性高达将近80%(指从演化角度看,具有相同祖先或者来源的基因)[9]。而且转基因技术在小鼠上已十分成熟,能将我们需要研究的目的基因片段导入小鼠基因组中,从而构建我们需要的疾病小鼠模型。

重视小鼠,科学家也没有忘掉猫猫。猫也是一种非常优秀的模式动物。关于猫的疾病有丰富的兽医学文献,有250种猫的遗传疾病与人类的遗传疾病类似,其中球形细胞脑白质营养不良等18种已经找到发病机制和对应的治疗方法 [6]。

猫是一种非常优秀的模式动物|图虫创意

猫还是几种致命的人类病毒性疾病的研究模型,特别是猫艾滋病(FAIDS),其病原体猫类免疫缺陷病毒(Feline Immunodeficiency Virus ,FIV)与引起人类AIDS的HIV病毒,在构造及核甘酸的序列上具有相似性。这种病毒在14种自由放养的猫科动物中流行,包括家猫[4]。感染了猫艾滋病的猫咪也常会产生类似人类感染AIDS所引发的免疫不全等症状。

猫免疫缺陷病毒(FIV)和人免疫缺陷病毒(HIV)|参考文献[4]

此外,猫咪携带的猫白血病病毒、猫肉瘤病毒和猫冠状病毒等,也为致病病毒的发现和其毒性模型的建立奠定了基础。

但在解密人类基因组与疾病的关系上,研究猫的基因组具有比我们目前已知的更大的潜力和前景。今年7月发在《遗传学趋势》(Trends in Genetics)的一篇文章表明,在基因大小类似的基础上,猫和人类的基因组相比狗或老鼠的基因组更加的保守,染色体重排更少。而且,与小鼠、大鼠、狗或猪等其他常见哺乳动物模型相比,基因在人类23对染色体上的分布与在猫19对染色体上的分布更相似。

正是由于基因大小、数目、分布的高度相似性,研究猫的基因组可能会为我们解密基因“暗物质”提供极大的帮助。就像占宇宙总质量85%的未知物质一样,我们人类的基因组中有95%的序列不编码蛋白质,也被形象地称为基因“暗物质”。

曾经我们认为这些序列属于“垃圾”,因为这些序列不编码蛋白质,而只有蛋白质才是生命活动的承担者。然而研究表明,许多疾病的发生和发展可能与这些不编码蛋白质的序列变化相关

例如,如果我们在与猫的斑状白化病相关基因KIT周围、不编码蛋白质的基因“暗物质”里插入一段一定长度的、无意义的序列,就会影响KIT基因的正常表达,从而导致体内不能正常产生黑色素并迁移。体内黑色素的异常改变,会使猫咪获得全白的毛发或者在猫的毛发中出现白色斑点。而且黑色素细胞还能帮助维持猫耳内毛细胞周围液体的高钾水平,一旦黑色素异常,不能维持高钾水平,耳内毛细胞就会死亡,从而导致耳聋。所以即使是不直接编码蛋白质的基因“暗物质”,我们也不能忽视它的改变可能会在调节生命活动的过程中发挥重要的作用。

除了疾病研究,猫神经生物学研究的传统课题中亦有贡献。猫有许多与养育、防御、暗示和驯服等有关的奇怪行为,这些行为似乎也受到基因的影响[5]。

在诸多方面,猫都能成为一个优秀的模式动物,有巨大的研究潜力。

善待实验动物,关注动物福利

或许爱猫人士们从看到文章标题时,就陷“为猫咪感到骄傲,又心疼猫猫要经历太多”的纠结心态中。但大家不要太担心,以美国举例,作为实验动物的猫咪数量已从1974年的7万4千多只,减少到了2019年的1万8千多只。

在美国,每年用于研究的猫咪数量呈逐年下降趋势|参考文献[8]

而且现如今,维护实验动物的福利已形成全球共识。每年的4月24日是“世界实验动物日”, 前后一周则被称为“实验动物周”,世界各地的人们会举办各种活动,呼吁大家关注实验动物的健康和福祉。此外,国际上认可实验动物的“3R”基本原则,即替代(Replace)、减少(Reduce)、优化(Refine)。尽量用无知觉实验材料替代活体动物,减少实验动物用量,创造一个好的实验环境或减少给动物造成的疼痛和不安。

群体饲养的猫咪更外向,更愿意与饲养者互动。安装架子可以让猫利用垂直和水平的空间,减少过度拥挤 | 参考文献[6]

在我们看不到的地方,这些猫咪们默默地付出了许多。当我们享受医学科技发展带来的福利时,不妨给家里的猫主子多加一把小鱼干吧。

参考文献

[1]Lyons L A。 Cats–telomere to telomere and nose to tail[J]。 Trends in Genetics, 2021。

[2]Fox J G。 Laboratory animal medicine[M]。 Elsevier, 2015。

[3]Troyer J L, Pecon-Slattery J, Roelke M E, et al。 Seroprevalence and genomic divergence of circulating strains of feline immunodeficiency virus among Felidae and Hyaenidae species[J]。 Journal of virology, 2005, 79(13): 8282-8294。

[4]Lin Y C, Torbett B E, Elder J H。 Generation of infectious feline immunodeficiency virus (FIV) encoding FIV/human immunodeficiency virus chimeric protease[J]。 Journal of virology, 2010, 84(13): 6799-6809。

[5]O’Brien S J, Johnson W, Driscoll C, et al。 State of cat genomics[J]。 Trends in genetics, 2008, 24(6): 268-279。

[6]Griffin B, Baker H J。 Domestic cats as laboratory animals[J]。 Laboratory animal medicine, 2002: 459。

[7]http://www.simm.cas.cn/kxcb/kxcb_kpwz/201704/t20170424_4779185.html

[8]https://navs.org/learn-more/cats-in-research/

[9]Waterston R H, Pachter L。 Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome[J]。 Nature, 2002, 420(6915): 520-562。

作者:筱筱

编辑:悲催的铊宝宝 酥鱼

排版:洗碗