再生动物模型:转基因在实验室蝾螈中的应用 研究工具增加将推动再生研究
墨西哥蝾螈(又称美西螈)几乎可以再生身体的任何部位,是自然界的再生冠军。但是,与对小鼠、果蝇和秀丽隐杆线虫等传统动物模型的研究不同,对美西螈(Ambystoma mexicanum)的研究由于缺乏有效的研究工具而受到阻碍——包括复杂的基因组资源以及实验和遗传工具。不过,研究蝾螈的新工具的开发正将其提升到已有的研究动物模型的水平,使得研究蝾螈的科学家团队迅速增长。
缅因州巴尔港的MDI生物实验室有望成为全球研究蝾螈的中心。该机构在蝾螈研究中日益突出的地位要归功于prayag Murawala博士。Murawala之前在奥地利维也纳分子病理学研究所、世界上最杰出的蝾螈研究者Elly Tanaka博士的实验室工作,去年他加入了MDI生物实验室,带来了最新的蝾螈研究工具——其中包括许多由他开发的,他继续致力于开发蝾螈作为研究动物模型。
Murawala最近在两篇论文中描述了许多用于研究蝾螈的工具,以及扩大蝾螈研究范围所急需的工具,“转基因在实验室蝾螈中的使用”和“实验室蝾螈的基因和转基因命名——Ambystoma Mexicanum”("The Use of Transgenics in the Laboratory Axolotl" and "Gene and Transgenics Nomenclature for the Laboratory Axolotl --Ambystoma Mexicanum,"),都发表在2022年6月版的《Developmental Dynamics》上。除了Murawala,作者还包括广东省人民医院的费继锋研究员等。
墨西哥蝾螈是一种在野外几乎灭绝的蝾螈,它是再生的冠军,拥有再生几乎任何身体部位的能力,包括大脑、心脏、下巴、四肢、肺、卵巢、脊髓、皮肤、尾巴等。深入了解这种能力背后的细胞和遗传机制,可能会为创伤性损伤、疾病、先天性畸形和衰老带来新的治疗方法。大多数蝾螈的研究现在都集中在纤维化(疤痕形成)的问题上,或者为什么蝾螈的四肢和尾巴可以再生,而像小鼠和人类这样的哺乳动物会在受伤的地方形成疤痕。但由于其惊人的再生能力,研究蝾螈的可能性是很大的,特别是考虑到正在开发更多大量的新工具来研究它。
Murawala说:“有了这些工具,我们希望看到指数级增长。”“我们只需要看看其他动物模型,就可以了解可以研究的各种主题。现在大多数蝾螈的研究都集中在肢体或尾巴的再生上,但也有机会研究大脑、心脏、肺、脊髓等器官的再生。我们不缺少可以研究的生物问题。”
转基因动物的需求
虽然蝾螈是脊椎动物发育生物学研究的对象已经超过150年了(大多数实验室模型是1863年从墨西哥带到巴黎的动物的后代),近年来,由于新的遗传和基因组资源开发的进展,它作为再生生物学和医学的动物模型再次引起了人们的关注。
这些动物中有转基因动物,也就是经过基因改造,具有重要研究特性的动物。例如,利用基因编辑技术,研究人员可以创造出细胞带有荧光标记的动物,这样他们就可以在荧光显微镜下研究细胞的行为;或者是基因被“敲除”的动物,这样他们就可以研究基因功能。
目前,AGSC的美国和加拿大研究人员几乎无法获得转基因蝾螈——事实上,缺乏转基因动物是Murawala最近的转基因论文中提到的蝾螈研究的障碍之一。但是由于他建立了从田中和其他欧洲实验室向美国进口转基因动物的机制,这种情况正在改变。
由于这些努力,MDI生物实验室已经成为相当大的非转基因蝾螈种群资源库,也是北美最大的转基因蝾螈资源库,有30到40个株系可供北美研究人员使用。未来,Murawala计划与AGSC协调,分发在MDI生物实验室繁殖的转基因研究动物。
除了进一步的研究,转基因动物的分布(这可能需要数年的时间来发展)也保护了现在只有少数几个实验室可以使用的品种,使它们不会因为潜在的病原体或其他灾难而消失。
对统一命名法的需要
除了转基因动物,Murawala引用的另一个需求是统一基因和转基因命名,这是第二篇论文的主题。尽管来自Tanaka和Voss实验室的团队已经完成了庞大而复杂的蝾螈基因组的测序,它的基因组是人类基因组的10倍大,但在建立基因和转基因命名方面还有很多工作要做。
穆拉瓦拉说:“如果我们想要交换信息,我们必须进行准确和明确的沟通,这就是为什么必须提出标准化的准则。”“如果我对一个基因的称呼是一回事,而你对它的称呼是另一回事,就会造成混乱。由于我们论文的作者大量参与了蝾螈基因组装和转基因动物的开发,我们有很好的条件来撰写指南。”
另一个关键需求是建立一个类似于果蝇和蛔虫研究中使用的FlyBase和WormBase数据库的在线数据库。这样一个数据库将整合遗传学、基因组学和生物学数据,这些数据对于在蝾螈群落内以及在那些与蝾螈有共同特征的其他蝾螈模型的研究人员之间有效交流和分享结果至关重要。
通过与实验室科学家James Godwin博士(他也研究蝾螈)和Joel H. Graber博士(计算生物学和生物信息学核心主任)的合作,以及与世界各地蝾螈研究人员的合作,Murawala正在开发一个“AxoBase”数据库,旨在将与蝾螈相关的资源统一到一个网站上。该组织预计在未来几个月内推出一个基本的网站,尽管开发一个全面的数据库将需要更长的时间。