基因魔剪版魷魚出世，神經研究更上層樓 - sina.com.tw

　　來源： 知社學術圈

　　魷魚以其複雜的神經系統以及高超的生存智慧一直吸引著科學家們的目光。但是科學家們通過基因來對魷魚進行進一步研究的企圖，卻一直因為基因編輯的技術難題而擱淺。近日，科學家們終於成功攻克了這一難關，通過CRISPR技術實現了對魷魚的胚胎編輯，史上首次孵化了基因編輯魷魚，為更深入的研究打開了局面。這項成果於7月30日發表在期刊《當代生物學（Current Biology）》。

　　魷魚是最聰明的海洋生物之一。魷魚、章魚及八爪魚等頭足綱生物，是腦部神經系統最大的無脊椎動物，這令其可以做出複雜的行為和瞬間偽裝。長期以來，科學家對這些複雜行為讚嘆不已，他們試圖了解這些柔軟生物的神秘智慧。而要揭示這些頭足類動物大腦奧秘，基因編輯無疑是當下的首要途徑。不過長久以來，科學家們的這一企圖一直沒能實現，其部分原因是頭足類動物的胚胎具有一層堅硬的保護外殼，這使得基因編輯技術難以遂行。

　　不過這一突破在近日得到了實現。科學家憑藉基因編輯技術CRISPR成功設計了第一個基因編輯魷魚，在基因編輯史樹立起了又一個重要里程碑。除此之外，這一進步也為人們進一步探究腦科學提供了便利。針對頭足類動物發達大腦的研究，可以為人們治療神經退行性疾病（如阿爾茨海默氏症和帕金森症）提供重要借鑒。

　　科學家認為，基因編輯上的這項突破令他們可以深入探究魷魚學習和記憶有關的基因以及特定的頭足類行為。本次研究的主要負責人、芝加哥大學附屬海洋生物實驗室高級科學家Joshua Rosenthal稱：「我認為神經生物學家對這些基因編輯生物的使用將會帶來巨大的飛躍。」

　　Rosenthal和他的同事以棲息於麻省伍茲霍爾（Woods Hole）的長鰭近海魷魚（Doryteuthis pealeii）為研究對象，依靠CRISPR-Cas9技術去除了魷魚胚胎中的色素沉著基因，消除其眼睛和皮膚細胞中的色素，從而孵出了通體透明的魷魚幼體。這項成果發表在期刊《當代生物學（Current Biology）》上。

　　Rosenthal解釋實驗思路稱，色素沉著的性狀易於觀察，從而使他們易於判斷基因編輯是否起效。令他們欣慰的是，這一實驗的成功為後續研究提供了合理的起點。因為，如果能夠對頭足類動物的基因進行準確編輯，那麼科學家就能夠在一個非常基礎的水平上研究其單個基因的作用。此前，科學家已經成功地製造出了基因編輯鼠、猴等研究動物，用以幫助各種醫學、生物學研究。頭足類動物的基因編輯卻是人們一直未能攻克的領域。

　　困難是多方面的。一方面，科學家們需要先繪製魷魚基因組圖，才能夠準確定位想要編輯的基因位置，而魷魚的基因組圖直到最近才完成（目前尚未在期刊發表）；另一方面，如何對魷魚胚胎進行基因編輯而又不對其造成損害，這也是擺在研究人員面前的難題。

　　馬里蘭大學聖瑪麗學院的發育生物學家、該研究的合作者Karen Crawford博士，找到了一種在適當條件下混合雌性烏賊卵和雄性烏賊精子的方法，用以形成合適的可編輯胚胎。隨後需要解決的，就是將CRISPR系統注入胚胎的方法。魷魚胚的硬殼使針頭難以刺入。研究人員的許多次注射嘗試，都以針頭的不斷斷裂告終。為此，Crawford開發了一種巧妙的微型剪刀，能夠在硬殼上剪出一個小孔，從而使特製的石英針得以刺入胚胎內部。而這也並不簡單，比如刺孔太大就有胚胎內容物流出的風險。但是，有賴於Crawford的精湛技術，胚胎注射的難題最終還是被解決了。

　　研究使用的長鰭近海魷魚（Doryteuthis pealeii），也稱為槍烏賊魷魚，壽命不到一年。這種魷魚全年在沿海和近海水域之間來回遷徙。通常來說，每年春季它們會成群結隊地遷移到科德角（Cape Cod）附近的水域。幾十年來，科學家們跋涉到科德角西南端的伍茲霍爾（Woods Hole），對這些動物進行收集和研究。這些研究為有關神經衝動的突破性發現作出了貢獻，1963年諾貝爾獎就頒給了這些發現。

　　但是長鰭近海魷魚的壽命過短。將來，研究人員將嘗試在更小的魷魚種類中使用基因編輯技術，因為這些魷魚更容易在實驗室中培養。科學家希望能夠通過CRISPR技術來追蹤魷魚複雜的神經活動。該技術可用於插入所謂的「偵測基因」，該基因可使熒光蛋白在神經系統處於活動狀態時發光。Rosenthal解釋說：「這是一種神經系統龐大、神經活動複雜的生物。能夠追蹤這些神經細胞的活動將大有裨益，通過同時觀測多個神經細胞，我們可試圖將魷魚的行為與其神經活動聯繫起來。」

　　如果這一意圖得以實現，科學家們將能夠研究與這些動物出神入化的偽裝能力有關的大腦結構。要知道，魷魚憑藉非凡的視力和一種名為色素細胞的皮膚細胞，幾乎可以瞬間變色偽裝以躲避捕食者。而這些細胞都是依靠神經系統控制。

　　Rosenthal表示：「頭足類動物的身體構造十分奇特。它們看起來不像其他任何生物。」科學家們還對魷魚靈活腕臂上的吸盤十分著迷。這些吸盤可以感知周遭環境並處理各種感官信息，從而令頭足類動物近乎可以「思考自己的手臂」。

　　但隨著研究的進行，更多的問題也開始浮現。由於這些魷魚們先進的智力，對它們進行基因改造也出現了一些倫理上的質疑。在加拿大和歐洲，對頭足類動物的研究受到嚴格的監管，而美國則沒有類似措施。在本文介紹的這項研究中，研究人員也提出了自己關於頭足類動物在研究中的道德指南。

　　科學家Barbara King和Lori Marino通過期刊《動物情感（Animal Sentience ）》上提出，科學家在將動物用於研究時應考慮對它們的治療。他們寫道：「諷刺的是，人們因為魷魚複雜的大腦而想要研究它，但卻完全忽略了一個事實，即它複雜的大腦可能正是人們應當對其暫停改造的理由。」當研究人員在基因編輯上取得進一步成就時，他們卻不得不早早地開始考慮，他們的研究應當或者說可能走多遠。

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