在又一次关于先天与后天之争中,亚利桑那大学的一个科学家团队表示,基因研究界在进行实验时必须控制环境因素,因为环境因素很可能会影响实验结果。
研究:该小组特别针对利用基因敲除小鼠的研究。基因敲除小鼠技术是在 20 世纪 80 年代后期开发出来的一种技术,通过这种技术,培育出的小鼠品系中的特定基因被关闭。这种方法被用来确定从镰状细胞性贫血到酒精中毒等疾病是否具有遗传成分。根据发表在最新一期《PLoS ONE》上的这项新研究,即使基因的功能已被禁用,环境差异也可能掩盖或夸大表型或行为。
亚利桑那州的研究人员研究了笼子条件是否会影响携带有纤连蛋白-4基因一个副本的小鼠。纤连蛋白-4基因是一个基因家族的成员,据信该家族的基因编码的蛋白质可以稳定动脉和其他血管细胞之间的结缔组织。如果从发育中的小鼠胎儿中删除该基因的两个副本,它们会在出生前因动脉破裂和出血而终止发育。当仅移除该基因的一个副本时,小鼠似乎发育正常,但显微镜检查显示,它们的主动脉(体内最大的动脉)上存在许多小的“间隙”或组织无序区域(纳米级)。
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为了确定环境影响,科学家们以不同的方式安置基因敲除小鼠。在某些情况下,他们将四只一组的小鼠放在只包含垫料的小笼子里;在其他情况下,他们将两只一对的小鼠放在宽敞的笼子里,笼子是前者两倍大,并配有运动轮、梯子和塑料管,小鼠可以在其中爬行。
科学家们发现,住在豪华住所的小鼠平均花费 40% 的时间在它们的室内运动轮上,并且它们的主动脉周围的脂肪组织明显减少,体重比拥挤住所的同类轻了 40%。当研究人员在显微镜下观察它们的主动脉时,他们发现它们的间隙比拥挤的同伴少了近 80%。
意义:资深作者,亚利桑那大学医学院的心理学家和生理学家安·鲍德温表示,她无法解释为什么富裕环境中的小鼠比它们的同类更健康。“我只能说这是一个不同的环境,”她说。“需要进一步的实验来单独测试运动,或者单独测试笼子大小,或者单独测试笼子里是否有隧道。”
作者在论文中确实指出,他们的工作表明环境可能会改变基因缺陷的预期结果——这对所有使用基因敲除小鼠的人来说都是一个警告,他们必须将环境因素纳入研究结果。此外,鲍德温建议,未来的小鼠研究应该在标准环境和富裕环境中测试受试者,以更准确地读取基因效应。
专家评论:“当我锻炼时,我的身体会更健康。当我锻炼时,我并没有改变我的基因构成,”犹他大学医学院人类遗传学系联合主席,基因敲除小鼠研究的先驱马里奥·卡佩奇说。“这篇论文与基因敲除小鼠几乎无关,”他继续说道。“它只是说明小鼠及其生理机能也可能对环境做出反应。”
俄勒冈健康与科学大学(位于波特兰)的行为神经科学家约翰·克拉布表示,该论文显示了生物学效应,但并未提供基因影响的证据。“很明显,环境富集产生了生物学效应,”他指出。“他们正在对环境进行明显的操纵,因此这种操纵是物理性的……那么,[关于]基因的故事是什么呢?”
“我认为有用的事情之一可能是,当人们撰写基因敲除论文时,他们可能会更详细地描述饲养条件,”安进公司(总部位于加利福尼亚州千橡市的生物技术公司)的科学主管克里斯·帕斯蒂说。作为劳伦斯伯克利国家实验室的博士后研究员,他开发了一种用于研究镰状细胞性贫血的小鼠模型。“人们过去所做的任何基因敲除研究都没有任何问题。只是对于某些表型,他们处理或饲养动物的方式可能存在影响,而这只是一个未知的变量。”