小生物给我们上了大课

   日期:2025-10-14     来源:本站    作者:admin    浏览:97    
核心提示:      几个世纪以来,科学家们一直使用小动物模型来研究从基因如何工作到疾病如何发展的各种问题。这些微小的生物继续在各

  

  

  几个世纪以来,科学家们一直使用小动物模型来研究从基因如何工作到疾病如何发展的各种问题。这些微小的生物继续在各种科学发现中发挥重要作用,包括视觉研究。

  小动物给研究人员上了很大的一课,让他们了解视力是如何工作的,它是如何出错的(以及为什么会出错),以及治疗眼疾的新方法。

  20世纪初,一位名叫米尔德里德·霍格(Mildred Hoge)的年轻研究生发现了一群眼睛异常小的果蝇,或者完全没有眼睛。她绘制了导致这种突变的基因,并将其命名为无眼基因。她后来对果蝇的研究表明,这种基因在果蝇的眼睛和视神经的发育中起着关键作用。

  近一个世纪后,科学家发现人类也有自己的无眼基因,称为PAX6。影响PAX6的基因突变可能导致严重的问题,如白内障和无虹膜(一种影响虹膜的疾病)。

  美国国立卫生研究院支持的研究人员继续研究果蝇的发育,提出诸如“是什么使眼睛成为眼睛?”以及“是什么阻止它变成身体的其他部分?”

  贾斯汀·库马尔博士在印第安纳大学布卢明顿分校研究和教授发育生物学。他用果蝇模型来研究细胞如何变成一种组织(如眼睛)而不是另一种组织(如翅膀或天线)。PAX6通过打开“眼睛”基因和关闭“非眼睛”基因,为制造驱动果蝇眼睛组织发育的蛋白质提供了指令。但是仅仅改变PAX6本身并不能让细胞变成任何类型的组织。

  库马尔博士发现,PAX6蛋白与另一种蛋白质(称为表观遗传酶)一起工作,控制DNA在细胞中的使用。这有助于细胞决定它们将成为什么样的组织。他和他的团队发现了一种研究这一过程的方法,即同时关闭或“敲除”这两种蛋白质。突然间,眼部组织可以变成各种各样的东西——包括翅膀!

  通过观察修饰细胞的变化,库马尔博士可以梳理出组织的不同类型。

  他解释说:“当你把它们放在一起时,这是一种神奇的子弹,但当你单独看它们时,它就隐藏了。”

  让我们来看看其他nih资助的视觉研究人员是如何在他们的工作中使用不同的动物模型的。

  观看本视频,了解更多关于果蝇在视觉研究中的动物模型。

  有些动物具有非凡的能力,几乎是超自然的。例如,蝾螈可以再生身体部位,包括眼睛组织。俄亥俄州迈阿密大学的Katia Del Rio-Tsonis博士使用一种称为光学相干断层扫描(OCT)的3D成像技术来观察蝾螈的晶状体再生。

  “蝾螈基本上可以再生任何东西,”她说。“眼睛也是一个很棒的模型,因为它很容易操作。”

  当晶状体从蝾螈的眼睛中取出时,免疫系统会清除任何受损的细胞和碎片。虹膜细胞转化为新的晶状体细胞,随着时间的推移,这些细胞会生长出新的晶状体。最终,新的晶状体从虹膜上脱落,重新附着在正常的连接组织上。利用OCT,德尔里奥-索尼斯博士可以看到细胞和组织如何自我重组,从而重建眼睛的关键部位。

  在这个视频中了解更多关于蝾螈眼晶状体作为研究模型的信息。

  蝾螈并不是唯一具有令人印象深刻的再生能力的动物。小斑马鱼也可以再生眼睛的部分,包括眼睛视网膜(眼球后部的光敏组织)中的神经元。研究这种能力有朝一日可以帮助科学家治疗人类失明。

  眼睛的视网膜由光感受器(感光细胞)和视神经(连接眼睛和大脑)中的神经细胞组成。在人类中,如果这些细胞死亡,它们就无法被替换。损害视网膜或视神经的疾病(如青光眼)可导致永久性失明。

  斑马鱼的免疫系统反应与人类不同。在人类中,我们的免疫反应会导致疤痕组织的形成,这可以阻止部分视网膜对光线的反应。但当斑马鱼的视网膜受损时,某些细胞会触发受影响的组织再生并恢复视力,这一过程被称为“视网膜再生”。

  密歇根大学的Daniel Goldman博士研究斑马鱼如何再生眼睛。他希望这一发现将带来治疗方法,使人类能够在自己的眼睛中再生神经元。他说,视神经受伤后,“(鱼)恢复视力……而且发生得非常快。”在两周的时间里,它们将与大脑重新连接,鱼又能看见了。”

  对于像医学博士罗伯特·赫夫纳格尔这样的临床科学家来说,动物模型可以阐明来到诊所的特定患者的情况。

  在美国国家眼科研究所的实验室里,赫夫纳格尔博士用几种动物模型——包括壁虎——研究他在病人身上看到的一些罕见疾病。

  “能够创建相关的动物模型来帮助研究这些罕见疾病对我们的病人来说很重要,”他解释说。

  Ashley Rasys, d.v.m.,博士,曾在Hufnagel博士的实验室做博士后。她解释说,壁虎和人类的眼睛有相似的发育途径和结构。它们也都有一个中央凹,这是视网膜的一部分,可以让我们清楚地看到并专注于我们眼前的物体。

  赫夫纳格尔博士将使用一种基因编辑工具来改变壁虎的DNA,以模仿他的人类病人的DNA。这将帮助他更多地了解这些基因变化是如何导致疾病的。这将允许他在壁虎身上测试新的治疗方法,看看它们在人类身上的效果如何。

  这篇文章改编自一篇文章由《国家报》报道美国国家眼科研究所。阅读原文了解更多a关于动物模型和与它们一起工作的视觉研究人员。

  可供选择的无障碍版本(pdf)

  国家眼科研究所

  图片来源:Ashley Rasys和Andrew Wegerski

  2023年10月25日

 
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