使用发光鱼检测有害农药

与染色体异常相关的出生缺陷通常源于母亲生命早期接触化学物质。但是，确定哪些化学物质有过错是一个严峻的挑战——类似于在事实发生几十年后解决一起肇事逃逸案件。加州大学戴维斯分校生物科学学院的两名研究人员正在开发一种方法，可以在红色和绿色发光的斑马鱼的帮助下更快地识别有害化学物质。

他们的工作可以使加利福尼亚州中央山谷的数百万人受益，他们接触杀虫剂的风险更高，因为他们在农业生产基地附近生活或工作。农药暴露会导致人类出现急性和长期健康问题，包括对生殖系统的伤害。这种伤害通常是因为化学物质会干扰胎儿发育的敏感阶段，在此期间，有朝一日会产生精子或卵母细胞的细胞正在形成。

寻找代际效应

“在这些孩子长大并尝试拥有自己的孩子之前，你不会看到这种效果，”分子与细胞生物学系教授肖恩伯吉斯说。此时，女性可能会出现不孕或反复流产;他们所生的孩子患唐氏综合症或其他由染色体额外拷贝引起的严重疾病的风险可能会增加。

伯吉斯正在与同一系的教授布鲁斯·德雷珀（Bruce Draper）合作开发一种技术，可以大大加快化学物质的筛选，并更快地识别那些具有长期生殖影响的人。伯吉斯说，化学“肇事逃逸”和生殖后果之间的差距通常是几十年：“我们正在将时间缩短到基本上几周。“

标准测试缓慢且昂贵，因为它依赖于小鼠，必须由技术人员单独解剖和检查，以查看化学物质对生殖组织的影响。伯吉斯和德雷珀计划通过使用新开发的斑马鱼（Danio rerio）来规避这一繁琐的过程。这种原产于南亚的淡水鱼在家庭水族馆中很受欢迎。它也经常被用作研究人类发育早期阶段的模式生物。

“斑马鱼中百分之七十的基因都有人类对应物，称为直系同源物，”德雷珀说。如果你看看参与卵子发生的基因——雌性卵母细胞或卵细胞的产生——这个比例甚至更高。

斑马鱼非常适合研究化学物质的生殖影响，因为与哺乳动物不同，它们的性别不是由特殊的X或Y染色体决定的。相反，它部分是由环境线索决定的。在圈养中，大约一半的鱼发育成雌鱼。但是，如果鱼幼虫暴露于破坏卵子生成的化学物质中，那么它们中更高比例的幼虫将发育为雄性。这意味着科学家可以通过将几十只斑马鱼幼虫暴露在化学物质中来筛选其生殖毒性 – 然后等待几周，看看它们的性别比例是否偏向雄性。德雷珀和伯吉斯正在制定一种策略来做到这一点——使用转基因斑马鱼，通过颜色编码突出地显示它们的性别。

这些鱼是由 德雷珀实验室的成员开发的，带有三种基因变化。首先，它们的Sertoli细胞仅在雄性腺中发现，产生绿色荧光蛋白。其次，仅在雌性腺中发现的卵母细胞（或未成熟的卵子）会产生红色荧光蛋白。最后，鱼的天然色素较少，使它们的身体更加透明，因此性腺的红色或绿色显示得更清晰。

斑马鱼比啮齿动物更容易照顾，也更便宜。伯吉斯和德雷珀预计在每个水箱中饲养80只鱼幼虫，在受精后10至20天内将每只鱼中的动物暴露于选定的化学物质中。人们通常必须等到受精后 90 天才能在视觉上区分雄性和雌性斑马鱼。但是鱼的颜色编码性腺应该允许它们在40天时做到这一点。

“我们应该能够确定80只动物的性别，几乎同时，只需拍照，”德雷珀说。看到异常高比例的雄性或雌性，或者看到性腺同时闪耀红色和绿色的双性动物，表明这种化学物质对生殖系统有毒。

格洛纳德测定

今年4月，加州大学戴维斯分校环境健康科学中心的试点项目计划资助了伯吉斯和德雷珀开发用于毒性筛查的“GloNad”检测方法。他们两人希望今年晚些时候他们可以开始在试点实验中使用它，以筛选加州九种最常用的杀虫剂的生殖影响。

最初的测试最终可能为更广泛地使用GloNad测定铺平道路。加利福尼亚州目前已知有90种杀虫剂会导致出生缺陷或生殖危害。但这些毒性可能与更广泛的杀虫剂和其他化学物质有关，例如双酚，用于制造某些塑料。

GloNad测定的真正威力在于，它可以扩大规模以测试更多化学物质，而不是目前可能的化学物质。这些化学物质中的每一种都可以在大量鱼类中进行测试 – 甚至可以检测罕见的生殖影响。

“它比现在的任何东西都更有效率，”德雷珀说。我们对这将奏效抱有很高的期望。“