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2018长白山国际生态会议启幕


2018年09月23日 04:51

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  来源:科学大院

  人类从未停止对生命的探索,而在这漫长的道路上,小鼠可以说是科学家们最爱用到的实验动物。繁殖能力强,饲养要求低,改造相对容易,都是广大科研人员爱它的理由。

  天天跟小鼠打交道的你,对于这些可爱的小耗子们又了解多少呢?今天就和大院er一起来看看这些与我们朝夕相处,为科研做出杰出贡献的小动物到底有什么故事吧。

  好好的小鼠怎么就成了实验动物?

  早在公元前四世纪,亚里士多德就曾开展过动物实验,没错,就是那个享誉古今,爱老师更爱真理的先哲,为此,还曾著有《动物志》、《论动物部分》等相关研究,这时期开始,动物实验开始进入历史舞台。

亚里士多德的《论动物部分》亚里士多德的《论动物部分》

  生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究,用于揭示某种具有普遍规律的生命现象,这种被选定的生物物种就是模式生物,常用的模式生物有:线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠等。

(绘图:任丹丹)(绘图:任丹丹)

  回顾模式小鼠的祖先,不得不从100多年前讲起。1900年,一位退休的小学教师Abbie E.C。 Lathrop,在她的家乡美国马萨诸塞州格兰比开了一家养殖场,本计划退休生涯成为养鸡专业户,但谁知正值一战前经济萧条阶段,养鸡亏本了,可她发现,当时特别流行饲养宠物鼠,于是她摇身一变改养宠物鼠了。

  由于繁殖数量庞大,Abbie E.C。 Lathrop对宠物鼠的繁殖和饲养条件有着完备的记录。正所谓酒香不怕巷子深,很快,哈佛大学Bussey研究所的研究人员开始购买她的小鼠,并成为了回头客。至此,Lathrop的小鼠们正式走向模式小鼠的历史舞台,以至于后来,Lathrop本人也开始参与科学研究,并发表了多篇论文。可见上帝为你关上一扇门,可能还为你留了一扇窗,养鸡不行,还可以去养老鼠。

报纸对小鼠农场的报导报纸对小鼠农场的报导

  当时Bussey研究所的所长正好便是遗传学大神William Ernest Castle。他在购买了Lathrop培养的小鼠后,对其展开了孟德尔定律和肿瘤方面的研究,并让他的学生Clarence Cook Little利用Lathrop的小鼠开展遗传学相关研究。

William Ernest CastleWilliam Ernest Castle

  为避免不同遗传背景对实验结果造成的差异,Little利用连续全同胞兄妹交配的方式产生了史上第一批近交系小鼠——Dilute Brown non-Agouti(DBA)。一战结束后,Little来到冷泉港,创建了Jackson实验室,专门开展小鼠遗传学和人类疾病的研究,如今该研究机构保存了6500种以上的小鼠品系。

Clarence Cook Little登上时代周刊Clarence Cook Little登上时代周刊

  做研究 哪一种鼠适合你?

  经过这么多年的演变,小鼠直到今天依然广泛用于科研实验中,有报道,模式小鼠在科研中的运用占据了模式动物的59%。

(绘图:任丹丹)(绘图:任丹丹)

  归根结底,除了饲养简单,繁殖能力快,小鼠与人类的基因组及生理构造相似率高达99%这一点也使得它们立于不败之地,并且对小鼠的改造和培养相较于其他动物更加容易。

(绘图:任丹丹)(绘图:任丹丹)

  目前,常用小鼠主要分为,近交系、封闭群和突变系。如何根据自己的实验需求选择适合自己的那一种鼠呢?

  近交系

  即20代全同胞兄妹单线连续繁殖,最早被Little使用,得到了今天的近交系。顾名思义,就是近亲繁殖,在这种逆天的繁殖体系中,保证了遗传基因的均一和稳定。最为人熟知的近交系小鼠算是BALB/c和C57BL/6。

  BALB/c,也就是我们通常说的小白鼠,白毛红眼,非常可爱,因为酪氨酸酶基因突变,使得黑色素无法合成,因此属于白化种。还记得当年课本中的讲到的单克隆抗体制备吗?其中用到的骨髓瘤细胞基本都来源于它们。不幸的是,看起来很蠢萌、很阿呆的它们,已被报道极可能患了孤独症,因此今后又将作为人类行为学研究中的一员了。

BALB/cBALB/c单克隆抗体的制备流程图(图片来源:百度)单克隆抗体的制备流程图(图片来源:百度)

  C57BL/6,也就是我们通常说的B6。有多少同学因为它们黑毛黑眼、脾气火爆,而拒之千里。它们的确比BALB/c更喜欢咬人,相信有很多同学都注意到,雌性B6会产生不规律的脱毛情况,这与疾病无关,仅仅是由于个别性格强势的个体喜欢薅别人毛发而已,甚至把人家胡子一起拽掉。

  因为它们在遗传方面的稳定性,并且易于繁殖,B6可以被用于基因改造,产生基因突变或细胞缺失小鼠。但是,由于它们对疼痛的敏感,因此镇痛剂对它们来说作用要弱很多,因此实验时要注意镇痛剂的注射剂量。除此之外,它们可谓是个十足的酒鬼,想要研究酒精成瘾,选它们再合适不过了。

C57BL/6C57BL/6

  DBA小鼠,这个淡黄色好似田鼠一般的小家伙,给人感觉脾气很不好,养过的同学可能觉得它们生性暴躁,其实只是因为它们对声音更加敏锐,强噪音甚至会吓破它们的胆。虽然现在C57BL/6和BALB/c的崛起导致DBA的使用减少,但是它们可算是模式小鼠的始祖了。

DBADBA

  封闭群

  又叫远交群,雌雄个体可以随机交配。我们必要提到的就是昆明小鼠和ICR小鼠了。

  昆明小鼠(KM):是从印度Haffkine研究所引进的瑞士小鼠种,在昆明繁殖,并在1954年推广到全国。这类小鼠抗病能力很强,是国内使用最广的远交系,广泛用于研究肿瘤免疫、微生物免疫等模型。

昆明小鼠昆明小鼠

  还有一种繁殖力超强的小鼠,ICR,祖先也是瑞士小鼠,乍一看与BALB/c傻傻分不清楚,但其实它们体型更大,还特别能生,一胎能产13-15只小崽,且产子成活率高,因此广泛用于药理和毒理研究,或者有需要研究病原体导致的子代疾病都可以选择这类模型。

ICR(画外音:子子孙孙,无穷尽也)ICR(画外音:子子孙孙,无穷尽也)

  突变系

  最后要提的到这类品系,很特别,是在前鼠的基础上进行基因改造而产生的。1966年,在苏格兰发现了一种自发突变的BALB/c小鼠,天生无毛,发育不良,免疫力差,极易被感染,后命名为BALB/c-nu小鼠,也就是常说的裸鼠。

BALB/c-nu(画外音:我很丑,但是我很温柔)BALB/c-nu(画外音:我很丑,但是我很温柔)

  裸鼠的繁殖能力较差,在交配过程中,需要保种BALB/c的近交系,并且还要有一个群体是携带裸基因的种群。因此在繁殖时,需要采用雄性nu/nu与雌性nu/+交配,以维持nu纯合基因,并用纯合nu群体与裸鼠相应近交系回交或互交,以维持其生产。

  裸鼠无胸腺,因此缺乏成熟的T细胞,并且B淋巴细胞功能缺陷。在混合淋巴细胞反应中,不产生细胞毒性效应细胞,对刀豆素A和植物凝集素P无裂原应答,无接触敏感性,也不会产生抑制排异现象,因此是非常好的肿瘤研究模型。

  除了以上的几种经典模型外,现在也发展出了其他的小鼠模型,用于各种研究,例如SCID小鼠,可用于构建人源化小鼠模型。当然,还有其他许多小众的品系,比如下图这位,BALB/c-Hrhr-KITOX-BM15-Mu,它们可是专门用于研究脱发的模型,是不是让你觉得丑得可爱呢?

脱发模型BALB/c-Hrhr-KITOX-BM15-Mu脱发模型BALB/c-Hrhr-KITOX-BM15-Mu

  小鼠生理年龄小科普

(绘图:任丹丹)(绘图:任丹丹)

  相信做小鼠实验的科研汪们都曾经遇到这样的问题,小鼠的年龄怎么算?那么今天教大家一个科学的换算方法。

小鼠出生14天内的变化小鼠出生14天内的变化

  不同于人类,小鼠短暂的一生只有24个月,对应到人类的全球平均寿命,大概是80岁。我们便可以如此换算:

  (80×365)÷(2×365)=40 human days=1 mice day

  也就是,人类的一年相当于小鼠的9.125天。如此推测,就可以简单的得到小鼠所对应的人类年龄啦。

  结语

  小鼠可谓是模式生物中的长青树,迄今为止利用小鼠开展的研究工作已经获得了20多项诺贝尔生理学或医学奖。随着转基因、基因敲除等技术的应用,更多基因工程小鼠将在生命科学研究中发挥更大的作用。

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  40岁像一道分水岭,将邓巍巍的人生,分成泾渭分明的两段。

  此前,他是美国名校的终身教授;此后,他成了深圳一所成立仅6年的大学的“拓荒者”。

  邓巍巍生于一九七七年,那一年,罗大佑为电影《闪亮的日子》谱写了同名歌曲;次年,便迎来了改革开放。四十年里,他的人生围绕改革开放谱写了一曲跌宕起伏的“归去来兮”:90年代在出国潮中赴美留学,又在21世纪的归国大潮中毅然回归。

  人生四十,重新开始。

  上一个四十年,他奋斗的主题是个人的成功;下一个四十年,他想为自己的祖国做点事。

  “大过年的,辞个职”

  2017年1月26日,时任弗吉尼亚理工大学机械系副教授的邓巍巍,走进系主任办公室,递交了辞职申请。

  这一天正逢农历大年三十,几年后,每当回忆起这一天,他都觉得春晚小品的桥段在他身上真实上演:“大过年的,辞个职。”

  他辞去的是为之奋斗了6年的“终身教职”。

  在美国高校,拿到终身教职相当于捧上了“铁饭碗”。只要不出意外,聘期就自动延续到退休(退休没有强制的年龄限制,且完全自愿),且不受学校各种阶段性教学、科研工作量的考核,同时还享受学校颁发的终身教授津贴。

  2012年,邓巍巍(图左)带领团队获得美国能源部主办的首届清洁能源创业大赛一等奖,受邀访问白宫,并和诺奖得主、时任美国能源部部长朱棣文(最右)合影。 (受访者供图)

  这曾是他多年为之奋斗的目标。

  从耶鲁大学博士毕业后,2010年,邓巍巍进入中佛罗里达大学担任助理教授,也正式开始了6年的终身教授倒计时:既要带研究生,教学,还要发表文章,并斩获研究基金。他形容这六年的心情就像“拆定时炸弹”,“如果六年考核不达标,终身教职的梦想会被炸得灰飞烟灭。”

  那6年,也是他生活中的高速变动期:女儿刚出生却很少能陪伴,与妻子也相隔好几个州,直飞通常要两个小时,聚少离多……顶住重重压力,一心扎在学术与科研中的邓巍巍终于如愿以偿:2015年,他的研究团队获得美国自然科学基金颁发给助理教授的最高荣誉并受邀访问白宫,同年,他获得了美国弗吉尼亚理工大学的终身教职。随之而来的,是美国体面、稳定的生活:一栋大房子、一部名车、一家三口……像美剧里中产阶级的幸福生活范本。

  2016年,邓巍巍一家人在美国纽约州的某湖边度假。 (受访者供图)

  弗吉尼亚理工大学所在的小镇,有一条铁路横穿而过,内燃机车牵引的火车跑得慢慢悠悠。邓巍巍有时觉得自己的生活就像小镇的这辆火车,可以一路匀速、安全地沿着既定轨道,驶往终点。可在行进到一半时,他突然调转了方向,驶往另一段轨道:目的地是中国。

  “梁园虽好,非久恋之乡”

  1978年,改革开放伊始,邓小平发表了扩大对外派遣出国留学人员的重要讲话,拉开了20世纪我国第一次大规模出国留学热潮。

  从1978年到2015年底,中国共输出各类出国留学人员累计达404.21万人,成为全球最大留学生输出国。从清华硕士毕业的邓巍巍也在本世纪初期,踏上了这条出国的“大船”,驶往美国。

  邓巍巍与在耶鲁大学时的导师合影。 (受访者供图)

  邓巍巍在美国求学、工作的十多年间,正是中国航空航天事业高速发展时期。“神舟”系列飞船发射成功、天宫一号、二号空间实验室相继启动……身为一个中国人,同时从事航天相关研究的邓巍巍坦言,这一切都让他“不得不”保持对国内的关注。在美国获得终身教职后,他主动联系国内高校,增加回国搞学术交流的机会,身在国外、却心系祖国。

  2016年10月底,“天宫2号”发射成功。在大洋彼岸全程关注这场发射的邓巍巍,在朋友圈里看到他清华本科同学在发射大厅拍摄的一张现场图,心里百味杂陈。他默默地点了个赞,却在心里坚定了一个念头:走,回中国。

  “梁园虽好,非久恋之乡”。出走半生,他坦言自己终在学术江湖习得“屠龙之术”,“现在,是时候回国效力了”。

  “走,回中国”

  2017年初,经过层层选拔,邓巍巍成功入选“千人计划”青年项目,这是随着改革开放深入,国家为海外高层次人才提供的回国通道。通过“千人计划”,不少原本在海外工作的国际一流专家陆续回国效力。如世界著名计算机科学家、“图灵奖”获得者姚期智以及生命科学领域著名学者施一公等。

  2017年5月1日,随着飞机缓缓降落在北京首都国际机场,邓巍巍15年的海外生活彻底画上了句号。

  15年前,刚从清华硕士毕业的他和妻子二人,提着两个行李箱,只身赴美求学。那时的美国对他来说,像是一片待开拓的新大陆,允诺着优渥的物质生活;15年后,重归故土,夫妻二人随身携带的仍是当初那两个已经有些年头的箱子。这次他们仍要面临一片“新大陆”,不同的是,这里将安放他的事业、梦想以及终身为之奋斗的目标。

  而随着改革开放的深化,中国留学人才的加速回流成为“现象级”新态势:1978年,归国人员仅以数百人计;2009年回国人员数量首次突破10万人,2012年27万人,2016年突破40万人……

  这一站,邓巍巍将进入新成立不久的南方科技大学力学与航天工程系任教,在这座改革开放的“希望之城”,留下自己的学术“基因”。

  在南科大“创业”

  9月初,深圳依旧有些潮湿闷热,伴随着一阵阵施工声,邓巍巍在南方科技大学迎来了新学期。

  时至今日,如果想重温深圳改革开放初期的情景,南方科技大学是个不错的选择。校园建设工程(二期)项目还未完工,被绿纱网和脚手架包裹着的高楼成了校园的背景;但从2012年成立之初,一路“摸着石头过河”,这所年轻的大学仅用了6年时间,就成为深圳高等教育改革的一面旗帜。

  9月3日,南方科技大学新学期首日,邓巍巍在实验室内与学生交流。 (央广网记者 郑重 摄)

  邓巍巍的办公室原本是一间老厂房。还未彻底完工,进入一楼的电梯间前,需要小心迈过堆放一地的装修材料,教师办公与工人施工通常一起进行。对面的实验室情况也没好到哪去,堆满了刚拆封的箱子。常常是器材刚到位,就马上启用,有一台仪器,做一项实验。

  回国不到一年半的时间里,邓巍巍搬过两次“家”,他把在南科大的状态形容为“创业”。“一切都不是现成的,实验室、教学楼还在建设中;博士点、硕士点都要申请,要用几个月的时间干完人家几年的活……”

  从邓巍巍的办公室向外望去,能看到南科大正在扩建的教学楼。邓巍巍很喜欢站在窗前,看着窗外每天发生的新变化。这会让他想起两年前初到南科大那天,在校园里闲逛时,看着崭新的、还在施工的校园和学生年轻的面孔,一种说不上的“奇特”的感觉——充满变化、却又包含希望、生机勃勃。“你能想象吗?5年前,这里还是一片厂房,而现在,变化就在眼前。”

  他觉得,就是这种像磁场一样的“不确定”性,将他从美国一把“拽”回了中国。

  闪亮的日子

  南科大校园东边,矗立着六栋十多层高的教师公寓。这六栋公寓很可能是世界上教授密度最高的地方之一:80米乘120米的范围内住着近300名教授。邓巍巍一家三口就住在其中的一套两居室,公寓楼下就是教工食堂。从公寓步行1分钟即到食堂,从食堂骑车5分钟即到办公室……这是他理想的通勤距离:用一首歌的时间就从家里赶到实验室。

  南科大满足了他的期待。只是在美国时,他的通勤工具是一辆凯迪拉克suv;回国后,换成了一辆国产电动自行车。

  9月3日傍晚,邓巍巍骑着电动自行车接女儿放学。 (央广网记者 郑重 摄)

  讲起这些,他丝毫没有感到半点落差。目前的生活,让他有了充足的时间留在实验室做科研。在南科大力学与航天工程系,优秀的本科生从一年级起就可以进入教授的实验室,但他的要求是每个进入实验室的学生,每周至少要花100小时的时间用在学业和科研上。

  实际上,邓巍巍对自己的要求远比这苛刻的多,除了睡觉,他几乎把剩下的时间都能拿来做事业。

  每天早中晚饭点时,是南科大教工食堂最热闹的时刻,此时,各个院系的老师们聚集在食堂,这也是邓巍巍一天中最期待的时刻。走进食堂,看到高谈阔论的同行,他常常联想到战乱时的西南联大,物质匮乏,但才华横溢的教授们聚在一起,创造出一个个举世瞩目的成就。他甚至笑言,“深圳房子贵到买不起也好,倒直接断了置业的念想,反而可以集中精力构筑精神家园。”

  有时在校园散步,看到年轻的学生,可以与院士和校长零距离接触,在湖畔起舞或抚琴……他会想到自己的学生时代,拥有梦想,并且意气风发。这一切,都让他无比确信,回国是正确的。

  人生上半场,邓巍巍觉得就像《闪亮的日子》里唱的:“你我为了理想,历尽了艰苦”;而在人生的下半场,在这片熟悉的土地上,他将继续为了理想,不断奋斗,只是前一个理想,关乎个人;后一个理想,则关乎家国。

  人物简介

  邓巍巍 1995年进入清华大学工程力学系,1999年取得学士学位,2001年取得硕士学位。2008年在耶鲁大学机械工程系获博士学位,随后在耶鲁大学任博士后和讲师。2010年受聘于美国中佛罗里达大学机械和航空系任助理教授。2015年加入弗吉尼亚理工大学任副教授并获得终身教职。2016年12月入选第13批国家“千人计划”(青年项目)。现为南方科技大学力学与航空航天工程系教授。


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