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斑马鱼实验模型

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为何“问天实验舱”带斑马鱼上太空做实验?原因找到了!

发布时间:2022-07-26

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7月24日14时22分,中国天宫空间站首个实验舱“问天”成功在文昌航天发射场升空,准确进入预定轨道。

“问天”已奔“天宫”,让越来越多的人对“耕渔太空(在太空种粮食、养鱼虾)”满怀憧憬。此次问天实验舱以生命科学和生物技术研究为主,生命生态实验柜以多种类型的生物个体为实验样品,开展斑马鱼、拟南芥、线虫、果蝇等动植物的空间生长实验。

为何问天实验舱会选择带斑马鱼上太空?如何实现太空养鱼?太空辐射会使细胞变异吗?斑马鱼又如何为人类太空飞行提供健康保障?……今天,我们来一一揭秘!

为何选择带“斑马鱼”上太空?

斑马鱼上太空的历史,可以追溯到1976年跟着前苏联的“礼炮五号”空间站上太空。2012年7月20日,日本空间局(JAXA)也曾将一个水族箱(又称为“水生生物栖息地(Aquatic Habitat,AQH)”)送上了国际空间站,通过这个独特的设施来研究微重力对海洋生物的影响。

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日本航天局JAXA在国际空间站上研究鱼类的水生栖息地(AQH)(图片来源:NASA)

斑马鱼,作为与人类基因同源性高达87%的世界第三模式生物,其生理、发育和代谢与哺乳类动物高度相似,能可靠模拟和预测人类生理、病理过程,在生命科学、医学、环境监测、药物研发、保健食品开发、化妆品和食品安全评价等诸多领域中被广泛应用。

目前,太空中的高辐射环境可能对人类健康产生一系列不利影响,包括肌肉萎缩、骨质流失和视力模糊。而且,长期待在太空,宇航员可能会面临肠道微生物组异动、蛰伏状态的病毒被重新激活、白血病和线粒体紊乱的危险,但经过对斑马鱼的最新研究显示,诱导冬眠可能有助于减低这些风险,并有助于更好地解决失明、理解睡眠和修复受损的心脏等诸多问题。

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“斑马鱼-水草-微生物”小型受控生命生态系统构建(地面模拟实验)

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斑马鱼为太空飞行提供健康保障

据 The Fish Site 2021年6月5日报道,贝尔法斯特女王大学正在进行一个新项目,旨在通过研究斑马鱼的“冬眠”行为开发出人类在太空旅行的保护措施。

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科学家们首先让一组斑马鱼处于麻醉状态,另一组作为比对组,两组都承受了人类在前往火星六个月旅程中可能遭受的辐射。然后,他们使用染色体分析来研究两组斑马鱼的基因表现。

科学家们在普通斑马鱼身上观察到了氧化应激、DNA损伤、应激激素信号以及细胞分裂周期的变化。然而,科学家们发现,在冬眠的斑马鱼中,诱导冬眠所引起的较低代谢活动通过减少氧化应激和增加对错误折叠蛋白质的检测和清除,提高了对辐射的保护作用。

研究结果显示,当斑马鱼处于诱导的冬眠状态时,新陈代谢和细胞中氧浓度的降低导致更少的氧化应激,从而增强了对辐射的抵抗力。这些发现揭示了代谢率降低能如何保护人类免受辐射,以及如何帮助人类实现类似的冬眠,以此来减轻他们在目前太空飞行中所面临的损害。

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太空养鱼,斑马鱼的“实力秀”

耕渔太空,实验先行!在空间站开展生命科学研究,对实验环境的温度、湿度、光照、液体及气体组分等都有严格的要求。

在问天实验舱,科学家构建了以斑马鱼为研究对象的小型密闭生命生态系统。这是个密闭的“水族箱”,其中约有1升多水,四五条斑马鱼,还有些藻类和微生物。其中鱼类是这个生态系统的“消费者”,藻类相当于“生产者”,微生物则充当“分解者”。

为保障系统稳定运行,必须为鱼类喂食、供氧,为藻类提供营养液、照明,同时满足该系统pH值、溶氧、温度、电导率等指标要求,并能进行参数调节、鱼卵收集、废物处理等操作,从而实现系统内部物质和能量的自主平衡及稳定运行。

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据介绍,这套“天上养鱼”系统是个密闭的自动化系统,它能监测和控制系统环境参数并传输实时数据、图像等。在太空微重力环境下,鱼缸必须密闭处理,不然水会飘走,斑马鱼游动起来也会将水推开。而且,太空没有浮力,鱼在该系统游的时候什么花样都可能出现。斑马鱼必须靠自己的适应能力,调节在水中的姿态,适应微重力环境。

环特生物,作为国内斑马鱼技术应用的领军者,十年如一日,以斑马鱼技术为核心,深度挖掘、创新斑马鱼技术的应用场景,将国际领先的斑马鱼生物评价技术和基因编辑技术“产学研用”一体化,并成功应用于药物、保健食品、化妆品、食品的配方研发、原料筛选、生产质控、营销背书、新品备案及斑马鱼实验室的建设运营等。

未来,环特生物将携手更多的化妆品、保健/功能性食品企业及药企,持续进行斑马鱼基因编辑与生物评价技术迭代与创新,以好技术见证好品质,以科学助力健康美丽产业发展!