历史上第一个基因编辑鱿鱼是生物学上的突破

鱿鱼是最聪明的海洋生物之一。与章鱼和墨鱼等其他会喷墨的头足类动物一样，鱿鱼拥有所有无脊椎动物中最大的大脑。它们还有一个极其复杂的神经系统，能够瞬间伪装自己的身体，并使用各种信号相互交流。

长期以来，科学家们一直对这些复杂的行为感到惊讶，并试图理解为什么这些有触角的生物如此聪明。基因编辑或许能帮助研究人员揭开头足类动物大脑的神秘面纱。但到目前为止，要做到这一点太难了--部分原因是头足类动物的胚胎受到坚硬的外层的保护，这使得操纵它们变得困难。

最近，一组海洋科学家使用DNA编辑工具CRISPR成功地设计出了第一只经过基因改造的鱿鱼。除了是生物学上的一大里程碑，这一进展对人类健康也有潜在的影响：因为头足类动物的大脑很大，所以它们被用来研究阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经退行性疾病。

编辑这些动物的基因的能力可以帮助科学家研究与学习和记忆有关的基因，以及特定的头足类动物行为。马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的资深科学家、第一只转基因鱿鱼的主要设计师约书亚·罗森塔尔博士告诉OneZero：“我认为你将看到神经生物学家对这些(基因编辑的)有机体的使用出现了巨大的跃升。”乔舒亚·罗森塔尔博士是马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的资深科学家，也是第一只转基因鱿鱼的关键架构师。

罗森塔尔和他的同事们使用CRISPR剪掉了一种导致鱿鱼皮肤着色的基因。因此，编辑后的鱿鱼是透明的，而不是通常的微红色斑点。研究结果发表在7月30日的“当代生物学”杂志上。

但是，为什么要费心去创造一条无色的鱿鱼呢？罗森塔尔说，色素沉着基因是进行实验的合乎逻辑的起点。“如果你看到色素沉着消失，就很容易看出基因编辑是否起作用了，”他解释说。能够修补头足类DNA将使科学家能够在非常基础的水平上更好地研究他们的单个基因的作用。

取得这样的成就并不容易。科学家们已经成功地制造了基因编辑的小鼠、猴子和其他研究动物，以帮助它们研究一系列行为和医疗条件。但到目前为止，他们还没有成功地操纵头足类动物的基因。

首先，科学家首先需要一张鱿鱼基因组图，以便在其DNA中找到他们想要编辑的确切位置。鱿鱼基因组是最近才完成的，尽管它还没有发表在同行评议的期刊上。研究人员还需要一种在实验室创造鱿鱼胚胎并在不造成损害的情况下对其进行编辑的方法。

该研究的合著者、马里兰圣玛丽学院研究动物胚胎的发育生物学家Karen Crawford博士想出了一种方法，将雌性鱿鱼的卵子与雄性鱿鱼的精子在适当的条件下混合，形成胚胎。

然后，研究小组必须找出如何将CRISPR系统注射到胚胎中。鱿鱼胚胎的涂层使针头很难穿透它们。当研究小组试图注射胚胎时，他们的针头不断断裂。克劳福德开发了一把微型剪刀，在涂层上剪下一个小洞，让特制的石英针进入里面。这样做特别棘手：一个太大的洞可能会导致胚胎渗出。但使用克劳福德的技术，他们成功地将CRISPR注射到受精后不久的胚胎中，而没有任何损害。

研究人员使用了一种名为长鳍近岸鱿鱼的物种，这种鱿鱼每年春天成群结队地迁徙到科德角附近的水域。几十年来，科学家们长途跋涉来到科德角西南端的伍兹霍尔，收集和研究这些动物。对它们的研究导致了关于神经冲动的突破性发现，并获得了1963年的诺贝尔奖。

但是长鳍近岸鱿鱼不能在实验室里活很长时间，因为它们长得太大了。在未来，研究人员将尝试将他们的基因编辑技术用于更容易在水箱中种植的较小种类的鱿鱼。

他们还想使用CRISPR来追踪鱿鱼的神经活动。这项技术可以用来插入一种所谓的“报告”基因，这种基因可以制造一种荧光蛋白，当神经系统处于电活动时，这种荧光蛋白就会发光。“这是一种有着复杂行为和大量神经细胞的有机体，”罗森塔尔说。“如果能够观察这些神经细胞的活动，一次观察很多神经细胞，试图将行为与活动联系起来，那就太好了。”

如果他们能做到这一点，科学家们就可以研究这些动物不可思议的伪装能力所涉及的大脑结构。鱿鱼利用其特殊的视力和一种名为色团的皮肤细胞几乎瞬间改变它们的颜色以躲避捕食者。这些特化细胞与神经系统相连。

罗森塔尔说：“头足类动物有一个奇怪而疯狂的身体计划。”“它们看起来不像任何其他生物。”科学家们也对这些动物灵活手臂上的吸盘着迷。这些吸盘可以感知它们的环境，并处理各种感官信息--本质上是让头足类动物用手臂“思考”。

但由于它们的高级智商，通过基因操作这些动物会带来伦理问题。在加拿大和欧洲，头足类的研究受到严格监管，但在美国，没有这样的保护措施。海洋生物实验室已就头足类动物在研究中的伦理和人道使用提出了自己的指导方针。

科学家芭芭拉·金(Barbara King)和洛里·马里诺(Lori Marino)在2019年的《动物感知》(Animal Sensence)杂志上撰文称，科学家在使用这些动物进行研究时，应该考虑对它们的治疗。他们说：“具有讽刺意味的是，大多数对章鱼进行研究的研究人员指出，章鱼的庞大、复杂和复杂的大脑是他们想要研究章鱼的原因，完全忽略了一个事实，那就是这可能正是应该让我们犹豫的原因。”

随着研究人员开始改变这些动物的遗传密码，他们将需要考虑它们应该走多远。