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发布时间:2018-07-18 21:38 所属栏目:[运营] 来源:网易科技报道
导读:(原标题:Salamander’s Genome Guards Secrets of Limb Regrowth) 网易科技讯 7月12日消息,在波士顿布里格姆妇女医院的巨大实验室中,大约2800只被称为蝾螈的火蜥蜴装在箱子和杯子等容器中,布满了实验室的落地架。近距离看这些蝾螈看起来就像可爱版的

(原标题:Salamander’s Genome Guards Secrets of Limb Regrowth)

网易科技讯 7月12日消息,在波士顿布里格姆妇女医院的巨大实验室中,大约2800只被称为蝾螈的火蜥蜴装在箱子和杯子等容器中,布满了实验室的落地架。近距离看这些蝾螈看起来就像可爱版的外星人。

科学家研究这种动物为何能肢体重生 人或许也能受益

它们拥有丰满的粉红色身体和看上去非常厚道的面孔。大多数火蜥蜴随着生长会变形成为陆地居民,与之不同的是蝾螈通常一生都会保持它们年轻时候的身体形态。它们拥有外部鳃,而且面部两侧每一侧都有三根羽毛状触角。它们的四趾状爪子非常柔弱,这也令人们感到困惑,但或许我们不需要仔细思考这些东西,因为它们的肢体具有非常特殊的再生功能。

其中一只蝾螈的肢体是在11天前切除的,断肢的中心能够看到一种类似于牛眼一样的微红色可见物,那就是新肢体的萌芽。蝾螈是动物王国身体部位的再生冠军。一种名为真涡虫的扁形虫能够借助一点点组织长出整个身体,但它是一种非常小而且非常简单的生物。斑马鱼能够再生它们的尾巴,人类以及其它哺乳动物能够在胚胎时期再生失去的肢芽器官。

我们人类在婴幼儿时期能够再生我们的指尖,老鼠成年后仍然具备这种再生能力。但是蝾螈却是能够在任何年龄段再生复杂身体部位的唯一脊椎动物,这也是为何研究人员经常对它们进行研究探索它们再生秘密的原因。

当研究人员对老鼠和苍蝇等动物的探索发展到基因阶段时,对于蝾螈的那些研究却搁浅了。其中一个阻碍在于蝾螈寿命更长,而且比实验室大多数动物的成长都更缓慢,这就使它们成为遗传学实验非常难以处理的课题。更糟糕的是,蝾螈庞大而重复的基因组顽固地阻碍着研究人员的测序工作。

后来一个欧洲研究团队克服了这个障碍并且最终在今年年初公布了实验室蝾螈的完整基因序列。助理教授兼研究人员,该实验室的负责人Jessica Whited称:“蝾螈基因组是盘踞在每一个研究人员头上的巨大问题。”现在她和其它研究人员已经获得了完整的人类基因,他们希望揭开蝾螈再生的秘密,甚至希望探索人类如何能够获得这种强大的再生能力。但是对于他们来说仍然有着更多的问题需要解答,而且其中一些问题自从250多年前人们首次观察到这些动物的古怪能力时就已经存在。

18世纪意大利牧师Lazzaro Spallanzani的一系列绘画是已知最早描述火蜥蜴再生能力的。三张图片分别描述了火蜥蜴断掉的尾巴、胚芽的生长以及脊髓的发育。Spallanzani一直在对火蜥蜴、蝌蚪、蛇和蚯蚓进行试验,他发现它们都能够再生失去的身体部位。在1766年,他将自己的发现和绘图以信的形式邮寄给了自然主义者Charles Bonnet。两年后,Spallanzani发表了自己对复制和再生研究的小论文。这篇论文暗示着需要对这一课题进行进一步的研究和探索,但最终并未实现。

其他科学家确实对这些情况进行了调查,但是他们选择研究的对象成为了蝾螈。之所以选择蝾螈进行研究,部分源于它们在圈养时能够很好的生存和繁殖。马萨诸塞大学Catherine McCusker再生实验室的博士后Warren Vieira称,当有人进入房间时,蝾螈有时候会摆动它们酷似鳗鱼的尾巴。照顾这些动物的研究人员都认为,蝾螈对于人类的存在是好奇而警惕的。

蝾螈是近亲交配的,全世界实验室中的大多数蝾螈都是19世纪60年代从墨西哥运往巴西的34只蝾螈的后代。那些动物在墨西哥城周围的栖息地或者受到了污染,或者因为外来物种的入侵改变了生态环境,还有的在城市化过程中被占用。蝾螈也成为当地人的一种传统食物。虽然蝾螈能够从可怕的伤害中恢复过来,但它们却无法承受如此多的威胁,而且在野外已经濒临灭绝。但是实验室的蝾螈存活了下来。

在1935年,其中一些欧洲蝾螈返回到北美地区,并且最终在生物学家George Malacinski的帮助下成为了印第安纳大学的收藏品。当他在2005年退休时,肯塔基大学从他手中接手了大约500只蝾螈。现在这个养护中心存活了800到1000只成年蝾螈个体。它们的血统能够追溯到1932年,这也帮助研究人员在这个近亲繁殖的种群中维持了遗传多样性。他们将蝾螈胚胎、幼体和成年个体送往全世界的实验室和教室。

尽管这些实验室对于蝾螈的了解很多,但是没有一个实验室能够对其进行完整测序。主要问题在于蝾螈的基因数量异常庞大。它拥有320亿个碱基对,这就使它的基因长度超过人类10倍左右。分子病理学研究院的生物学家Elly Tanaka称,尽管如此,蝾螈和人类似乎拥有类似数量的基因。

重复DNA的庞大数量一直都是困扰科学家的问题。为了读取有机体的基因,科学家们必须将DNA分解成为片段,然后像七巧板一样对其进行重新组装。Tanaka称,几年前那些基因碎片还无法还原成那些重复序列。当时的技术还无法从一个信息岛屿传递到另外一个。即使在蝾螈基因测序完成之前,科学家们使用了其它工具开始了解它们的再生功能。

在东北大学的James Monaghan实验室中养殖着大约400到500只蝾螈,架子上布满了数十个蝾螈养殖箱。当有人走近实验室时,它们会靠近养殖箱的前侧并且跟随着到访者来回移动。研究人员通过转基因技术将水母体内常见的一种绿色荧光蛋白融入到一只蝾螈体内。在一幅酷似太阳镜的眼镜下,它呈现出翡翠绿色。这幅眼镜能够过滤掉除了绿色光波之外的所有波长。其它蝾螈则体内则被融入了红色荧光蛋白。研究人员能够对两种转基因个体进行组织移植,或者在转基因与非转基因个体间进行移植追踪再生过程中的细胞移动。

这样的实验能够让研究人员了解构成新附器的细胞来自哪里等问题。在实现截肢术后,蝾螈流血量很少,而且能够在数小时内封闭伤口。随后细胞将移动到伤口位置并且形成一种胚芽。大多数这种修复依靠的是来自伤口附近的细胞,它们似乎将生物钟回调到胚胎才有的那种状态。但是研究人员尚不清楚干细胞在是否在其中起到的作用或者起到多大的作用。

无论这些细胞来自于哪里,胚芽细胞都会再生出新的骨骼、肌肉和其它组织。伤口处会首先长出一个完美的细小新肢体,然后长大到正常的大小。如果将胚芽切除并且移植到身体的其它位置,它仍然能够长出计划长成的肢体。但是如果在早期的关键阶段神经无法进入胚芽就不会长出新的肢体,那就是说如果肢体神经被切断,只会出现伤口愈合而不会再生肢体。

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