装有斑马鱼和金鱼藻的小型受控实验单元。
■本报记者 朱汉斌
近日，神舟二十号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射。飞船里的“鱼航员”——6条来自华南理工大学医学院的斑马鱼，备受瞩目。
“这些斑马鱼将在太空站停留30天以上，执行失重性骨丢失及心肌重塑的蛋白稳态调控机制研究任务。这是国际上首次利用基因敲除型斑马鱼开展的在轨实验。”项目负责人之一、华南理工大学医学院教授王强介绍说。
《中国科学报》了解到，该研究项目由中国航天员科研训练中心、华南理工大学和中国科学院上海技术物理研究所共同承担。“此次进入太空站，我们将重点研究微重力对斑马鱼心血管功能障碍和骨丢失的影响，并探索密闭生态系统中动物、植物和水体环境的相互作用。”王强说。
“鱼航员”肩负科研使命
空间失重给宇航员的心血管系统、骨骼系统带来多种潜在风险，失重性骨丢失及心肌重塑是制约人类开展深空探索的重要医学问题之一。
斑马鱼是一种小型热带淡水鱼，体长仅4至5厘米。它和人类基因组有高达80%以上的相似度，是开展生命科学、健康科学、环境科学研究的重要模式动物。
2024年4月，神舟十八号曾携带4条斑马鱼和4克金鱼藻进入中国空间站，并实现了全球空间水生生态系统最长的43天在轨运行纪录；同时，实现斑马鱼在太空成功产卵，表明了我国研制的水生生态系统的稳定性。
在此基础上，今年斑马鱼研究再度升级，6条实验用斑马鱼将在结束空间站生活后返回地面。“我们使用斑马鱼作为模式生物，将装有3条野生型斑马鱼和3条基因敲除型斑马鱼及由6克金鱼藻构建的水生生态系统放置于上行水生支持装置中，搭乘神舟二十号飞船送达中国空间站。”王强介绍说。
据介绍，中国航天员科研训练中心研究员李英贤团队和王强团队的研究已经在地面验证，敲除斑马鱼特定基因wwp1后，可以对抗骨丢失和心肌重塑现象的发生。
“此前由于实验条件限制，只能在地面开展模拟失重实验。相关现象在中国空间站上究竟能否得到验证，大家都特别期待。”王强表示，斑马鱼返程后将被用来研究生物体在微重力环境下对空间环境的响应和变化机制。此外，团队将利用返回的水样和金鱼藻探究航天特殊环境对高等动物、植物与生态系统间稳态的影响。
通过这些研究，团队将尝试找到可行的手段和方法，帮助对抗因航天失重引起的机体变化，为航天员健康保障提供科学依据，从而为载人登月及更远的深空探测提供帮助。同时，研究结果还有望用于开发针对性药物，实现“天为地用”，为长期卧床人群的骨丢失问题提供解决方案。
在未来的实验计划中，团队还会将斑马鱼胚胎送到太空，进一步研究微重力条件下脊椎动物胚胎发育的影响机制。
天高任“鱼”飞
让基因敲除型斑马鱼游向太空，并非易事。研究发现，wwp1基因是调控失重性骨丢失和心肌重塑的一个关键靶点。但团队成员、华南理工大学医学院博士生李想告诉记者：“在制备斑马鱼wwp1基因突变体时，一开始就遇到了困难。”
常规的斑马鱼纯合突变体制备可能只需要6至8个月，但wwp1基因在斑马鱼基因组中重复序列较多，很难找到合适的基因打靶位点。为此，团队利用CRISPR/Cas9系统在斑马鱼胚胎中尝试了40余条sgRNA和20多对不同的鉴定引物，寻找合适的突变体，用了近一年时间反复尝试，才完成wwp1基因突变体的构建。
实验任务到了进入发射场的关键阶段，如何将实验所需的斑马鱼和金鱼藻样本，从学校安全地带到千里之外的酒泉卫星发射中心，又成为一个难题。为此，华南理工大学与广铁集团积极沟通，帮助团队将执行本次任务需要的斑马鱼和金鱼藻样本，通过高铁运送至目的地，保障“鱼航员”及时到岗，得以顺利开展后续工作。
在地面研究时，由于重力作用，很容易对每一条鱼进行麻醉，并使用取样器回收样本。但在太空站微重力条件下，使用麻醉剂将斑马鱼麻醉并进行回收，却是一个很大的难题。在中国科学院上海技术物理研究所工程师田清的指导下，团队做了大量实验，反复比较自动回收和手动回收两种方案，最终决定采用手动回收的方式。
届时，将由航天员将麻醉剂注入单元中，使用反差镊子取样将斑马鱼回收。为此，团队专门改进了取样口的设计，确保航天员可以顺利完成操作。
据了解，6条“鱼航员”一飞冲天的背后，是华南理工大学医学院多年来的积累。该医学院成立于2014年，目前已组建了胚胎发育信号转导实验室，以斑马鱼为模式生物，结合细胞生物学、分子生物学、多组学等技术，研究发育生物学的基本过程。
王强表示，在学校的支持下，医学院为发育生物学与再生医学团队提供了近3000平方米的科研实验场地，建有两间斑马鱼鱼房、3间独立的细胞培养间，可放置约1万个斑马鱼养殖缸，能同时养殖30万条成年斑马鱼，为5至8个课题组提供相对独立的斑马鱼养殖空间。
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