2025年4月24日17時(shí)17分，搭載神舟二十號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙二十運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射，約10分鐘后，神舟二十號(hào)載人飛船與火箭成功分離，進(jìn)入預(yù)定軌道。而這一次發(fā)射，備受矚目的是飛船里的“魚(yú)航員”——6條來(lái)自華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院的斑馬魚(yú)。

“這些斑馬魚(yú)將在中國(guó)空間站停留30天以上，執(zhí)行失重性骨丟失及心肌重塑的蛋白穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制研究任務(wù)。這是國(guó)際上首次利用基因敲除型斑馬魚(yú)開(kāi)展的在軌實(shí)驗(yàn)?！表?xiàng)目負(fù)責(zé)人之一、華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授王強(qiáng)介紹說(shuō)。

該研究項(xiàng)目由中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心、華南理工大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所共同承擔(dān)?！按舜芜M(jìn)入中國(guó)空間站，我們將重點(diǎn)研究微重力對(duì)斑馬魚(yú)心血管功能障礙和骨丟失的影響，并探索密閉生態(tài)系統(tǒng)中動(dòng)物、植物和水體環(huán)境的相互作用。”王強(qiáng)說(shuō)。

“魚(yú)航員”肩負(fù)科研使命

空間失重給航天員的心血管系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)帶來(lái)多種潛在風(fēng)險(xiǎn)。而失重性骨丟失以及心肌重塑，是制約人類(lèi)開(kāi)展深空探索的重要醫(yī)學(xué)問(wèn)題之一。

斑馬魚(yú)是一種小型熱帶淡水魚(yú)，體長(zhǎng)僅4至5厘米。它和人類(lèi)基因組有高達(dá)80%以上的相似度，是開(kāi)展生命科學(xué)、健康科學(xué)、環(huán)境科學(xué)研究的重要模式動(dòng)物。

2024年4月，神舟十八號(hào)攜帶4條斑馬魚(yú)和4克金魚(yú)藻進(jìn)入中國(guó)空間站，并實(shí)現(xiàn)了全球空間水生生態(tài)系統(tǒng)最長(zhǎng)的43天在軌運(yùn)行紀(jì)錄；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)斑馬魚(yú)在太空成功產(chǎn)卵，表明我國(guó)研制的水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。

在此基礎(chǔ)上，斑馬魚(yú)研究在今年再度升級(jí)，6條實(shí)驗(yàn)用斑馬魚(yú)將在結(jié)束空間站生活后返回地面?！拔覀兪褂冒唏R魚(yú)作為模式生物，將裝有3條野生型斑馬魚(yú)和3條基因敲除型斑馬魚(yú)，以及由6克金魚(yú)藻構(gòu)建的水生生態(tài)系統(tǒng)，放置于上行水生支持裝置中，搭乘神舟二十號(hào)飛船送達(dá)中國(guó)空間站?！蓖鯊?qiáng)介紹說(shuō)。

據(jù)介紹，中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心研究員李英賢團(tuán)隊(duì)和王強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的研究已經(jīng)在地面驗(yàn)證，敲除斑馬魚(yú)特定基因wwp1后，可以對(duì)抗骨丟失和心肌重塑現(xiàn)象的發(fā)生。

“此前由于實(shí)驗(yàn)條件限制，只能在地面開(kāi)展模擬失重實(shí)驗(yàn)。相關(guān)現(xiàn)象在中國(guó)空間站上究竟能否得到驗(yàn)證，大家都特別期待?！蓖鯊?qiáng)表示，斑馬魚(yú)返程后將被用來(lái)研究生物體在微重力環(huán)境下對(duì)空間環(huán)境的響應(yīng)和變化機(jī)制。此外，團(tuán)隊(duì)將利用從空間站帶回的水樣和金魚(yú)藻，探究航天特殊環(huán)境對(duì)高等動(dòng)物、植物與生態(tài)系統(tǒng)間穩(wěn)態(tài)的影響。

通過(guò)這些研究，團(tuán)隊(duì)將嘗試找到可行的手段和方法，幫助對(duì)抗因航天失重引起的機(jī)體變化，為航天員健康保障提供科學(xué)依據(jù)，從而為載人登月及更遠(yuǎn)的深空探測(cè)提供幫助。同時(shí)，研究結(jié)果還有望用于開(kāi)發(fā)針對(duì)性藥物，實(shí)現(xiàn)“天為地用”，為長(zhǎng)期臥床人群的骨丟失問(wèn)題提供解決方案。

在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中，團(tuán)隊(duì)還會(huì)將斑馬魚(yú)胚胎送到太空，進(jìn)一步研究微重力條件下脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育的影響機(jī)制。

天高任“魚(yú)”飛

讓基因敲除型斑馬魚(yú)游向太空，并非易事。研究發(fā)現(xiàn)，wwp1基因是調(diào)控失重性骨丟失和心肌重塑的一個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)成員、華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生李想告訴記者：“在制備斑馬魚(yú)wwp1基因突變體時(shí)，一開(kāi)始就遇到了困難?！?/p>

常規(guī)的斑馬魚(yú)純合突變體制備可能只需要6至8個(gè)月，但wwp1基因在斑馬魚(yú)基因組中重復(fù)序列較多，很難找到合適的基因打靶位點(diǎn)。為此，團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)在斑馬魚(yú)胚胎中嘗試了40余條sgRNA和20多對(duì)不同的鑒定引物，尋找合適的突變體，用了近一年時(shí)間反復(fù)嘗試，才完成wwp1基因突變體的構(gòu)建。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)到了進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)的關(guān)鍵階段，如何將實(shí)驗(yàn)所需的斑馬魚(yú)和金魚(yú)藻樣本，從學(xué)校安全地帶到千里之外的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，又成為一個(gè)難題。為此，華南理工大學(xué)與廣鐵集團(tuán)積極溝通，幫助團(tuán)隊(duì)將執(zhí)行本次任務(wù)需要的斑馬魚(yú)和金魚(yú)藻樣本，通過(guò)高鐵運(yùn)送至目的地，保障“魚(yú)航員”及時(shí)到崗，得以順利開(kāi)展后續(xù)工作。

在地面研究時(shí)，由于重力作用，很容易對(duì)每一條魚(yú)進(jìn)行麻醉，并使用取樣器回收樣本。但在太空站微重力條件下，使用麻醉劑將斑馬魚(yú)麻醉并進(jìn)行回收，卻是一個(gè)很大的難題。在中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所工程師田清的指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)做了大量實(shí)驗(yàn)，反復(fù)比較自動(dòng)回收和手動(dòng)回收兩種方案，最終決定采用手動(dòng)回收的方式。

屆時(shí)，將由航天員將麻醉劑注入單元中，使用反差鑷子取樣將斑馬魚(yú)回收。為此，團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)改進(jìn)了取樣口的設(shè)計(jì)，確保航天員可以順利完成操作。

6條“魚(yú)航員”一飛沖天的背后，是華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院多年來(lái)的積累。該醫(yī)學(xué)院成立于2014年，目前已組建了胚胎發(fā)育信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，以斑馬魚(yú)為模式生物，結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、多組學(xué)等技術(shù)，研究發(fā)育生物學(xué)的基本過(guò)程。

王強(qiáng)表示，在學(xué)校的支持下，醫(yī)學(xué)院為發(fā)育生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)提供了近3000平方米的科研實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，建有兩間斑馬魚(yú)魚(yú)房、3間獨(dú)立的細(xì)胞培養(yǎng)間，可放置約1萬(wàn)個(gè)斑馬魚(yú)養(yǎng)殖缸，能同時(shí)養(yǎng)殖30萬(wàn)條成年斑馬魚(yú)，為5至8個(gè)課題組提供相對(duì)獨(dú)立的斑馬魚(yú)養(yǎng)殖空間。