哈佛科学家研究在黑暗中发光的蠕虫以了解再生的秘密

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这项工作在《Developmental Cell》的一篇新论文中有所描述，由哈佛大学有机和进化生物学教授 Mansi Srivastava 领导，他于2010年首次收集这些蠕虫用作模型生物。

现在，利用紫外线在黑暗中发光的蠕虫听起来可能是噱头，但该研究的研究人员解释说，事实远非如此。

科学的说法是这些蠕虫现在是转基因的。转基因是指科学家将某些通常不属于该基因组的生物体的基因组引入到基因组中。“这是生物学家用来研究细胞或组织如何在动物体内工作的工具，”Srivastava 说。

黑暗中的发光因素来自引入一种基因，当它变成蛋白质时，会发出某些荧光。例如，这些荧光蛋白会发出绿色或红色的光，并且可以导致发光的肌肉细胞或发光的皮肤细胞。

这种发光然后允许更详细地可视化细胞的外观、它们在动物中的位置以及它们如何相互作用。

研究人员还能够向蠕虫基因组添加或提取特定信息。这种水平的精确度——当涉及到细胞的视觉分辨率和添加到基因组甚至按照他们想要的方式调整它的能力时——是使转基因特别强大的原因。它允许研究人员研究生物体中任何过程的具体机制。

在三带黑豹蠕虫的案例中，一种在科学上被称为名为Hofstenia miamia的海洋动物，研究人员可以进行非常精确的操作，例如关闭某些基因。这可能会迫使蠕虫在再生时犯一些错误，比如长出尾巴而不是头，或者长出两个头而不是一个，而且长在错误的地方。这最终可以帮助科学家真正缩小蠕虫进行其通常完美的全身再生所需的基因。

现在，有了制造转基因蠕虫的能力，研究人员表示，他们最兴奋的是研究对再生至关重要的干细胞群。这些细胞被称为新生细胞，被认为是多能的，这意味着它们可以在动物体内产生任何其他类型的细胞，例如神经元、皮肤细胞、肌肉细胞或肠道细胞。

“我们不知道这些细胞中的任何一个在再生过程中在动物体内的实际表现如何，”Srivastava 说。“拥有转基因蠕虫将使我们能够在动物再生时观察细胞。”

在这些蠕虫中使用的转基因技术已经让科学家们获得了一些新的生物学见解，即蠕虫中的肌肉纤维如何相互连接以及与其他细胞，如皮肤和肠道中的细胞连接。研究人员看到肌肉细胞的延伸部分以紧密的柱状交错，并保持一个紧密的网格，使蠕虫的结构和支持，几乎像一个骨架。

研究人员接下来有兴趣了解肌肉是否不仅仅将事物固定在一起，而且还存储和传达有关需要再生的信息的信息。

制作转基因蠕虫系大约需要八周时间，而 Srivastava 实验室的步骤已经打包好了。他们将经过修饰的DNA注入刚刚受精的胚胎中。然后，DNA 及其修饰会在细胞分裂时整合到细胞的基因组中。当那条蠕虫长大时，它会发光，而这种光芒会传递给它的孩子和他们的孩子。

在Srivastava在怀特黑德研究所担任博士后研究员时，她在百慕大收集了120 条蠕虫。她已经研究这些蠕虫十年了。2015年，她加入哈佛有机与进化生物学系，启动了一项研究计划，重点研究黑豹蠕虫的再生和干细胞。在 2019年的一项研究中，Srivastava 和她的同事发现了许多似乎控制蠕虫全身再生基因的DNA开关。

研究这些蠕虫这么久，Srivastava和她的团队已经对它们非常感兴趣，包括了解它们的条纹图案，以及它们有趣的行为——从它们如何交配到成为非常贪婪的掠食者等。