
1997年2月22日, 英國生物遺傳學(xué)家維爾穆特成功地克隆出了一只羊?寺⊙颉岸嗬颉钡恼Q生震驚了世界?寺∈怯⒄ZClone的音譯,指人工誘導(dǎo)的無性繁殖。 動物克隆試驗的成功在細(xì)胞工程方面具有劃時代的意義。
在此之前,臺灣已用胚胎細(xì)胞復(fù)制出了目前最長壽且能繁殖的克隆豬。多莉以后,美國又復(fù)制出人類的近親---兩只猴子。
克隆技術(shù)的成功,也帶來了一些問題。它意味著人類摘取了生物學(xué)上的禁果,篡奪了上帝的專利,人類掌握自己的命運已經(jīng)不再是一個比方。許許多多的人們反對把克隆技術(shù)擴(kuò)展到人類身上,因為那是“不道德、不合法且毫無道理的”。
相關(guān)資料:
簡介
名字:Dolly
名字來源:美國鄉(xiāng)村音樂女歌手多利·帕頓(Dolly Parton)
性別:雌
編號:6LL3
出生日期:1996年7月5日
出生地點:英國愛丁堡市羅斯林研究所
死亡日期:2003年2月14日
死亡原因:被確診患進(jìn)行性肺病后處以安樂死
創(chuàng)造者:伊恩·維爾穆特及其領(lǐng)導(dǎo)的小組
基因父親:無
基因母親:一只芬蘭多塞特白面綿羊
線粒體母親:一只蘇格蘭黑臉羊
生育母親:另一只蘇格蘭黑臉羊
子女:生育6名,存活5名
1997年2月27日的英國《自然》雜志報道了一項震
多莉的誕生
在培育多莉的過程中,科學(xué)家采用體細(xì)胞克隆技術(shù),主要分四個步驟進(jìn)行:
、購囊恢涣鶜q雌性的芬蘭多塞特(Finn Dorset)白面綿羊(稱之為A)的乳腺中取出乳腺細(xì)胞,將其放入低濃度的培養(yǎng)液中,細(xì)胞逐漸停止分裂,此細(xì)胞稱之為供體細(xì)胞。
、趶囊活^蘇格蘭黑面母綿羊(稱之為B)的卵巢中取出未受精的卵細(xì)胞,并立即將細(xì)胞核除去,留下一個無核的卵細(xì)胞,此細(xì)胞稱之為受體細(xì)胞。
、劾秒娒}沖方法,使供體細(xì)胞和受體細(xì)胞融合,最后形成融合細(xì)胞。電脈沖可以產(chǎn)生類似
、軐⑴咛ゼ(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一只蘇格蘭黑面母綿羊(稱之為C)的子宮內(nèi),胚胎細(xì)胞進(jìn)一步分化和發(fā)育,最后形成小綿羊多莉。
換言之,多莉有三個母親:它的“基因母親”是芬蘭多塞特白面母綿羊(A);科學(xué)家取這頭綿羊的乳腺細(xì)胞,將其細(xì)胞核移植到第二個“借卵母親”—— 一個剔除細(xì)胞核的蘇格蘭黑臉羊(B)的卵子中,使之融合、分裂、發(fā)育成胚胎;然后移植到第三頭羊(C)——“代孕母親”子宮內(nèi)發(fā)育形成多莉。
從理論上講,多莉繼承了提供體細(xì)胞的那只綿羊(A)的遺傳特征,它是一只白臉羊,而不是黑臉羊。分子生物學(xué)的測定也表明,它與提供細(xì)胞核的那頭羊,有完全相同的遺傳物質(zhì)(確切地說,是完全相同的細(xì)胞核遺傳物質(zhì)。還有極少量的遺傳物質(zhì)存在于細(xì)胞質(zhì)的線粒體中,遺傳自提供卵母細(xì)胞的受體),它們就像是一對隔了6年的雙胞胎。
多莉的早夭
2003年2月,獸醫(yī)檢查發(fā)現(xiàn)多莉患有嚴(yán)重的進(jìn)行性肺病,這種病在目前還是不治之癥,于是研究人員對它實施了安樂死。據(jù)羅斯林研究所透露,在被確診之前,多莉已經(jīng)不停地咳嗽了一個星期。多莉的尸體被制成標(biāo)本,存放在蘇格蘭
綿羊通常能活12年左右,而多莉只活了6歲,它的早夭再次引起了人們對克隆動物是否會早衰的擔(dān)憂?寺游锏哪挲g到底是從0歲開始計算,還是從被克隆動物的年齡開始累積計算,還是從兩者之間的某個年齡開始計算?就多莉本身而言,它剛一出生時是6歲還是0歲或者是中間的某個歲數(shù),這是一個很難回答的問題。正值壯年的多莉死于肺部感染,而這是一種老年綿羊的常見疾病。據(jù)維爾穆特透露,以前多莉還被查出患有關(guān)節(jié)炎,這也是一種老年綿羊的常見疾病。
多莉的早夭有三種可能性:
①克隆動物確實存在早衰現(xiàn)象,它們從一出生起身體的衰老程度就類似于被克隆個體,所以它們的壽命被縮短。就多莉事件而言,數(shù)字上也比較符合這個推測。但是克隆動物是否存在不可避免的早衰問題,還缺乏有力的證據(jù),根據(jù)以后許多克隆實驗表明,早衰問題并不普遍。
②克隆技術(shù)過程中的一些物理化學(xué)傷害導(dǎo)致了多莉的健康隱患,使得它容易患病?寺游锏慕】祮栴}十分普遍,就世界各地的報道來看,克隆動物畸形、流產(chǎn)等等的幾率是相當(dāng)高的。
、鄣谌N,多莉?qū)儆谄胀ɑ疾∷劳。關(guān)節(jié)炎和肺部感染是綿羊的常見疾病,特別是對于室內(nèi)飼養(yǎng)的綿羊來說患病的可能更大。
總之很難得出一個確切的結(jié)論,多莉的死可能反映了克隆動物的普遍規(guī)律,也可能只是一個個案。
多莉成功的理論意義
與以往的胚胎移植培養(yǎng)不同,維爾穆特從6歲母羊乳腺細(xì)胞建立的細(xì)胞系培育出世界上第一只用成體細(xì)胞發(fā)育成的哺乳動物,具有深遠(yuǎn)的意義。
、俣嗬虻恼Q生證明高度分化成熟的哺乳動物乳腺細(xì)胞,仍具有全能性,還能像胚胎細(xì)胞一樣完整地保存遺傳信息,這些遺傳信息在母體發(fā)育過程中并沒有發(fā)生不可回復(fù)的改變,還能完全恢復(fù)到早期胚胎細(xì)胞狀態(tài)。最終仍能發(fā)育成與核供體成體完全相同的個體。以往的遺傳學(xué)認(rèn)為,哺乳動物體細(xì)胞的功能是高度分化了的,不可能重新發(fā)育成新個體。與這一理論相反,多莉終于被克隆出來了。它的誕生推翻了形成了上百年的上述理論,實現(xiàn)了遺傳學(xué)的重大突破,為開發(fā)新的哺乳動物基因操作提供了動力,是一個了不起的進(jìn)步。
、诔晒Φ卣业搅斯w核與受體卵細(xì)胞質(zhì)更加相容的方法。過去對高度分化細(xì)胞的核移植不能成功的原因,是供體核與受體卵細(xì)胞周期的不兼容性,因而發(fā)生染色體異常、細(xì)胞核可能發(fā)生額外的DNA復(fù)制和早熟染色體聚合成非整倍體或者發(fā)生異常?寺《嗬虻膶嶒灲鉀Q了高度分化了的體細(xì)胞核移植成功的關(guān)鍵性技術(shù),居于世界領(lǐng)先地位。
③以往用
克隆技術(shù)成功的實踐意義
、賾(yīng)用克隆技術(shù),繁殖優(yōu)良物種。常規(guī)育種周期長還無法保證100%的純度;用克隆這種無性繁殖,就能從同一個體中復(fù)制出大量完全相同的純正品種,且花時少、選育的品種性狀穩(wěn)定,不再分離。
②建造動物藥廠,制造藥物蛋白。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將藥物蛋白基因轉(zhuǎn)移到動物中并使之在乳腺中表達(dá),產(chǎn)生含有藥物蛋白的乳汁,并利用克隆技術(shù)繁殖這種轉(zhuǎn)基因動物,大量制造藥物蛋白。
、劢嶒瀯游锬P,探索人類發(fā)病規(guī)律。
④克隆異種純系動物,提供移植器官。采用克隆技術(shù),可先把人體相關(guān)基因轉(zhuǎn)移到純系豬中,再用克隆技術(shù)把帶有人類基因的特種豬大量繁殖產(chǎn)生大量適用器官,且能同時改變器官的細(xì)胞表面攜帶人體蛋白和糖分特性,當(dāng)豬的器官植入病人體內(nèi)時,免疫排異反應(yīng)減弱,成功率提高,用起來也更加安全。
、菡葹l危動物,保護(hù)生態(tài)平衡。克隆技術(shù)的
克隆羊“多莉”的意義和引起的反響
1997年2月英國羅斯林研究所維爾穆特博士科研組公布體細(xì)胞克隆羊“多莉”培育成功之前,胚胎細(xì)胞核移植技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展。實際上,“多莉”的克隆在核移植技術(shù)上沿襲了胚胎細(xì)胞核移植的全部過程,但這并不能減低“多莉”的重大意義,因為它是世界上第一例經(jīng)體細(xì)胞核移植出生的動物,是克隆技術(shù)領(lǐng)域研究的巨大突破。這一巨大進(jìn)展意味著:在理論上證明了,同植物細(xì)胞一樣,分化了的動物細(xì)胞核也具有全能性,在分化過程中細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)沒有不可逆變化;在實踐上證明了,利用體細(xì)胞進(jìn)行動物克隆的技術(shù)是可行的,將有無數(shù)相同的細(xì)胞可用來作為供體進(jìn)行核移植,并且在與卵細(xì)胞相融合前可對這些供體細(xì)胞進(jìn)行一系列復(fù)雜的遺傳操作,從而為大規(guī)模復(fù)制動物優(yōu)良品種和生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物提供了有效方法。
在理論上,利用同樣方法,人可以復(fù)制“克隆人”,這意味著以往科幻小說中的獨裁狂人克隆自己的想法是完全可以實現(xiàn)的。因此,“多莉”的誕生在世界各國科學(xué)界、政界乃至宗教界都引起了強烈反響,并引發(fā)了一場由克隆人所衍生的道德問題的討論。各國政府有關(guān)人士、民間紛紛作
關(guān)于克。
克隆的簡介
克隆是英文"clone"或"cloning"的音譯,而英文"clone"則起源于希臘文"Klone",原意是指幼苗或嫩枝,以無性繁殖或營養(yǎng)繁殖的方式培育植物,如桿插和嫁接。 如今,克隆是指生物體通過體細(xì)胞進(jìn)行的無性繁殖,以及由無性繁殖形成的基因型完全相同的后代個體組成的種群?寺∫部梢岳斫鉃閺(fù)制、拷貝,就是從原型中產(chǎn)生出同樣的復(fù)制品,它的外表及遺傳基因與原型完全相同。 時至今日,“克隆”的含義已不僅僅是“無性繁殖”,凡是來自同一個祖先,無性繁殖出的一群個體,也叫“克隆”。這種來自同一個祖先的無性繁殖的后代群體也叫“無性繁殖系”,簡稱無性系。簡單講就是一種人工誘導(dǎo)的無性繁殖方式。但克隆與無性繁殖是不同的。無性繁殖是指不經(jīng)過雌雄兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合、只由一個生物體產(chǎn)生后代的生殖方式,常見的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、莖、葉等經(jīng)過壓條或嫁接等方式產(chǎn)生新個體也叫無性繁殖。綿羊、猴子和牛等動物沒有人工操作是不能進(jìn)行無性繁殖的。科學(xué)家把人工
是英文“clone”一詞的音譯,在大陸譯為“無性繁殖”在臺灣與港澳一般意譯為復(fù)制或轉(zhuǎn)殖,是利用生物技術(shù)由無性生殖產(chǎn)生與原個體有完全相同基因組之后代的過程.科學(xué)家把人工遺傳操作動物繁殖的過程叫克隆,這門生物技術(shù)叫克隆技術(shù),其本身的含義是無性繁殖,即由同一個祖先細(xì)胞分裂繁殖而形成的純細(xì)胞系,該細(xì)胞系中每個細(xì)胞的基因彼此相同。
克隆的基本過程
先將含有遺傳物質(zhì)的供體細(xì)胞的核移植到去除了細(xì)胞核的卵細(xì)胞中,利用微電流刺激等使兩者融合為一體,然后促使這一新細(xì)胞分裂繁殖發(fā)育成胚胎,當(dāng)胚胎發(fā)育到一定程度后,再被植入動物子宮中使動物懷孕,便可產(chǎn)下與提供細(xì)胞者基因相同的動物。這一過程中如果對供體細(xì)胞進(jìn)行基因改造,那么無性繁殖的動物后代基因就會發(fā)生相同的變化。
克隆技術(shù)不需要雌雄交配,不需要精子和卵子的結(jié)合,只需從動物身上提取一個單細(xì)胞,用人工的方法將其培養(yǎng)成胚胎,再將胚胎植入雌性動物體內(nèi),就可孕育出新的個體。這種以單細(xì)胞培養(yǎng)出來
克隆技術(shù)可以用來生產(chǎn)“克隆人”,可以用來“復(fù)制”人,因而引起了全世界的廣泛關(guān)注。對人類來說,克隆技術(shù)是悲是喜,是禍?zhǔn)歉?唯物辯證法認(rèn)為,世界上的任何事物都是矛盾的統(tǒng)一體,都是一分為二的。克隆技術(shù)也是這樣。如果克隆技術(shù)被用于“復(fù)制”像希特勒之類的戰(zhàn)爭狂人,那會給人類社會帶來什么呢?即使是用于“復(fù)制”普通的人,也會帶來一系列的倫理道德問題。如果把克隆技術(shù)應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn),將會使優(yōu)良牲畜品種的培育與繁殖發(fā)生根本性的變革。若將克隆技術(shù)用于基因治療的研究,就極有可能攻克那些危及人類生命健康的癌癥、艾滋病等頑疾。克隆技術(shù)猶如原子能技術(shù),是一把雙刃劍,劍柄掌握在人類手中。人類應(yīng)該采取聯(lián)合行動,避免“克隆人”的出現(xiàn),使克隆技術(shù)造福于人類社會。
克隆的早期研究
同一克隆的所有成員的遺傳構(gòu)成是完全相同的,例外僅見于有突變發(fā)生時。自然界早已存在天然植物、動
目前,生產(chǎn)哺乳動物克隆的方法主要有胚胎分割和細(xì)胞核移植兩種。克隆羊“多莉”,以及其后各國科學(xué)家培育的各種克隆動物,采用的都是細(xì)胞核移植技術(shù)。所謂細(xì)胞核移植,是指將不同發(fā)育時期的胚胎或成體動物的細(xì)胞核,經(jīng)顯微手術(shù)和細(xì)胞融合方法移植到去核卵母細(xì)胞中,重新組成胚胎并使之發(fā)育成熟的過程。與胚胎分割技術(shù)不同,細(xì)胞核移植技術(shù),特別是細(xì)胞核連續(xù)移植技術(shù)可以產(chǎn)生無限個遺傳相同的個體。由于細(xì)胞核移植是產(chǎn)生克隆動物的有效方法,故人們往往把它稱為動物克隆技術(shù)。
采用細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動物的設(shè)想,最初由漢斯·施佩曼在1938年提出,他稱之為“奇異的實驗”,即從發(fā)育到后期的胚胎(成熟或未成熟的胚胎均可)中取出細(xì)胞核,將其移植到一個卵子中。這一設(shè)想是現(xiàn)在克隆動物的基本途徑。
從1952年起,科學(xué)家們首先采用青蛙開展細(xì)胞核移植克隆實驗,先后獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年,我國童第周教授領(lǐng)導(dǎo)的科研組,首先以金魚等為材料,研究了魚類胚胎細(xì)胞核移植技術(shù),獲得成功。 1964年,英國科學(xué)家格登(J.Gurdon)將非洲爪蟾未受精的卵用紫外線照射,破壞其細(xì)胞核,然后從蝌蚪的體細(xì)胞——場上皮細(xì)胞中吸取細(xì)胞核,并將該核注入核被破壞的卵中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)有1.5%這種移核卵分化發(fā)育成為正常的成蛙。格登的試驗第一次證明了動物的體細(xì)胞核具有全面性。
哺乳動物胚胎細(xì)胞核移植研究的最初成果在1981年取得——卡爾·伊爾門澤和彼得·霍佩用鼠胚胎細(xì)胞培育出發(fā)育正常的小鼠。1984年,施特恩·維拉德森用取自羊的未成熟胚胎細(xì)胞克隆出一只活產(chǎn)羊,其他人后來利用牛、豬、山羊、兔和獼猴等各種動物對他采用的實驗方法進(jìn)行了重復(fù)實驗。1989年,維拉德森獲得連續(xù)移核二代的克隆牛。1994年,尼爾·菲爾斯特用發(fā)育到至少有120個細(xì)胞的晚期胚胎克隆牛。到1995年,在主要的哺乳動物中,胚胎細(xì)胞核移植都獲得成功,包括冷凍和體外生產(chǎn)的胚胎;對胚胎干細(xì)胞或成體干細(xì)胞的核移植實驗,也都做了嘗試。但到1995年為止,成體動物已分化細(xì)胞核移植一直未能取得成功。
克隆羊“多莉”的意義和引起的反響
以上事實說明,在1997年2月英國羅斯林研究所維爾穆特博士科研組公布體細(xì)胞克隆羊“多莉”培育成功之前,胚胎細(xì)胞核移植技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展。實際上,“多莉”的克隆在核移植技術(shù)上沿襲了胚胎細(xì)胞核移植的全部過程,但這并不能減低“多莉”的重大意義,因為它是世界上第一例經(jīng)體細(xì)胞核移植出生的動物,是克隆技術(shù)領(lǐng)域研究的巨大突破。這一巨大進(jìn)展意味著:在理論上證明了,同植物細(xì)胞一樣,分化了的動物細(xì)胞核也具有全能性,在分化過程中細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)沒有不可逆變化;在實踐上證明了,利用體細(xì)胞進(jìn)行動物克隆的技術(shù)是可行的,將有無數(shù)相同的細(xì)胞可用來作為供體進(jìn)行核移植,并且在與卵細(xì)胞相融合前可對這些供體細(xì)胞進(jìn)行一系列復(fù)雜的遺傳操作,從而為大規(guī)模復(fù)制動物優(yōu)良品種和生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物提供了有效方法。
在理論上,利用同樣方法,人可以復(fù)制“克隆人”,這意味著以往科幻小說中的獨裁狂人克隆自己的想法是完全可以實現(xiàn)的。因此,“多莉”的誕生在世界各國科學(xué)界、政界乃至宗教界都引起了強烈反響,并引發(fā)了一場由克隆人所衍生的道德問題的討論。各國政府有關(guān)人士、民間紛紛作出反應(yīng):克隆人類有悖于倫理道德。盡管如此,克隆技術(shù)的巨大理論意義和實用價值促使科學(xué)家們加快了研究的步伐,從而使動物克隆技術(shù)的研究與開發(fā)進(jìn)入一個高潮。
近年來克隆研究的重要成果
克隆羊“多莉”的誕生在全世界掀起了克隆研究熱潮,隨后,有關(guān)克隆動物的報道接連不斷。1997年3月,即“多莉”誕生后1個月,美國、中國臺灣和澳大利亞科學(xué)家分別發(fā)表了他們成功克隆猴子、豬和牛的消息。不過,他們都是采用胚胎細(xì)胞進(jìn)行克隆,其意義不能與“多莉”相比。同年7月,羅斯林研究所和PPL公司宣布用基因改造過的胎兒成纖維細(xì)胞克隆出世界上第一頭帶有人類基因的轉(zhuǎn)基因綿羊“波莉”(Polly)。這一成果顯示了克隆技術(shù)在培育轉(zhuǎn)基因動物方面的巨大應(yīng)用價值。
1998年7月,美國夏威夷大學(xué)Wakayama等報道,由小鼠卵丘細(xì)胞克隆了27只成活小鼠,其中7只是由克隆小鼠再次克隆的后代,這是繼“多莉”以后的第二批哺乳動物體細(xì)胞核移植后代。此外,Wakayama等人采用了與“多莉”不同的、新的、相對簡單的且成功率較高的克隆技術(shù),這一技術(shù)以該大學(xué)所在地而命名為“檀香山技術(shù)”。
此后,美國、法國、荷蘭和韓國等國科學(xué)家也相繼報道了體細(xì)胞克隆牛成功的消息;日本科學(xué)家的研究熱情尤為驚人,1998年7月至1999年4月,東京農(nóng)業(yè)大學(xué)、近畿大學(xué)、家畜改良事業(yè)團(tuán)、地方(石川縣、大分縣和鹿兒島縣等)家畜試驗
2000年6月,中國西北農(nóng)林科技大學(xué)利用成年山羊體細(xì)胞克隆出兩只“克隆羊”,但其中一只因呼吸系統(tǒng)發(fā)育不良而早夭。據(jù)介紹,所采用的克隆技術(shù)為該研究組自己研究所得,與克隆“多莉”的技術(shù)完全不同,這表明我國科學(xué)家也掌握了體細(xì)胞克隆的尖端技術(shù)。
在不同種間進(jìn)行細(xì)胞核移植實驗也取得了一些可喜成果,1998年1月,美國威斯康星一麥迪遜大學(xué)的科學(xué)家們以牛的卵子為受體,成功克隆出豬、牛、羊、鼠和獼猴五種哺乳動物的胚胎,這一研究結(jié)果表明,某個物種的未受精卵可以同取自多種動物的成熟細(xì)胞核相結(jié)合。雖然這些胚胎都流產(chǎn)了,但它對異種克隆的可能性作了有益的嘗試。1999年,美國科學(xué)家用牛卵子克隆出珍稀動物盤羊的胚胎;我國科學(xué)家也用兔卵子克隆了大熊貓的早期胚胎,這些成果說明克隆技術(shù)有可能成為保護(hù)和拯救瀕危動物的一條新途徑。
克隆技術(shù)的應(yīng)用前景
克隆
。1)培育優(yōu)良畜種和生產(chǎn)實驗動物;
(2)生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物;
(3)生產(chǎn)人胚胎干細(xì)胞用于細(xì)胞和組織替代療法;
。4)復(fù)制瀕危的動物物種,保存和傳播動物物種資源。
以下就生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物和胚胎干細(xì)胞作簡要說明。
轉(zhuǎn)基因動物研究是動物生物工程領(lǐng)域中最誘人和最有發(fā)展前景的課題之一,轉(zhuǎn)基因動物可作為醫(yī)用器官移植的供體、作為生物反應(yīng)器,以及用于家畜遺傳改良、創(chuàng)建疾病實驗?zāi)P偷。但目前轉(zhuǎn)基因動物的實際應(yīng)用并不多,除單一基因修飾的轉(zhuǎn)基因小鼠醫(yī)學(xué)模型較早得到應(yīng)用外,轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物蛋白的研究時間較長,已進(jìn)行了10多年,但目前在全世界范圍內(nèi)僅有2例藥品進(jìn)入3期臨床試驗,5~6個藥品進(jìn)入2期臨床試驗;而其農(nóng)藝性狀發(fā)生改良、可資畜牧生產(chǎn)應(yīng)用的轉(zhuǎn)基因家畜品系至今沒有誕生。轉(zhuǎn)基因動物制作效率低、定點整合困難所導(dǎo)致的成本過高和調(diào)控失靈,以及轉(zhuǎn)基因動物有性繁殖后代遺傳性狀出現(xiàn)分離、難以保持始祖的優(yōu)良勝狀,是制約當(dāng)今轉(zhuǎn)基因動物實用化進(jìn)程的主要原因。
體細(xì)胞克隆的成功為轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)掀起一場新的革命,動物體細(xì)胞克隆技術(shù)為迅速放大轉(zhuǎn)基因動物所產(chǎn)生的種質(zhì)創(chuàng)新效果提供了技術(shù)可能。采用簡便的體細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)實施目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)移,可以避免家畜生殖細(xì)胞來源困難和低效率。同時,采用轉(zhuǎn)基因體細(xì)胞系,可以在實驗室條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)基因整合預(yù)檢和性別預(yù)選。在核移植前,先把目的外源基因和標(biāo)記基因(如LagZ基因和新霉素抗生基因)的融合基因?qū)肱囵B(yǎng)的體細(xì)胞中,再通過標(biāo)記基因的表現(xiàn)來篩選轉(zhuǎn)基因陽性細(xì)胞及其克隆,然后把此陽性細(xì)胞的核移植到去核卵母細(xì)胞中,最后生產(chǎn)出的動物在理論上應(yīng)是100%的陽性轉(zhuǎn)基因動物。采用此法,Schnieke等(Bio Report,1997)已成功獲得6只轉(zhuǎn)基因綿羊,其中3只帶有人凝血因子IX基因和標(biāo)記基因(新霉素抗性基因),3只帶有標(biāo)記基因,目的外源基因整合率高達(dá)50%。Cibelli(Science,1997)同樣利用核移植法獲得3頭轉(zhuǎn)基因牛,證實了該法的有效性。由此可以看出,當(dāng)今動物克隆技術(shù)最重要的應(yīng)用方向之一,就是高附加值轉(zhuǎn)基因克隆動物的研究開發(fā)。
胚胎干細(xì)胞(ES)是具有形成所有成年細(xì)胞類型潛力的全能干細(xì)胞?茖W(xué)家們一直試圖誘導(dǎo)各種干細(xì)胞定向分化為特定的組織類型,來替代那些受損的體內(nèi)組織,比如把產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞植入糖尿病患者體內(nèi)。科學(xué)家們已經(jīng)能夠使豬ES細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)樘鴦拥男募〖?xì)胞,使人ES細(xì)胞生成神經(jīng)細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞和使小鼠ES細(xì)胞分化為內(nèi)胚層細(xì)胞。這些結(jié)果為細(xì)胞和組織替代療法開辟了道路。目前,科學(xué)家已成功分離到人ES細(xì)胞(Thomson等1998,Science),而體細(xì)胞克隆技術(shù)為生產(chǎn)患者自身的ES細(xì)胞提供了可能。把患者體細(xì)胞移植到去核卵母細(xì)胞中形成重組胚,把重組胚體外培養(yǎng)到囊胚,然后從囊胚內(nèi)分離出ES細(xì)胞,獲得的ES細(xì)胞使之定向分化為所需的特定細(xì)胞類型(如神經(jīng)細(xì)胞,肌肉細(xì)胞和血細(xì)胞),用于替代療法。這種核移植法的最終目的是用于干細(xì)胞治療,而非得到克隆個體,科學(xué)家們稱之為“治療克隆”。
克隆技術(shù)在基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用也是很有意義的,它為研究配子和胚胎發(fā)生,細(xì)胞和組織分化,基因表達(dá)調(diào)控,核質(zhì)互作等機(jī)理提供了工具。
作為一個新興的研究隊 在實踐中,克隆動物的成功率還很低,維爾穆特研究組在培育“多莉“的實驗中,融合了277枚移植核的卵細(xì)胞,僅獲得了“多莉”這一只成活羔羊,成功率只有0.36%,同時進(jìn)行的胎兒成纖維細(xì)胞和胚胎細(xì)胞的克隆實驗的成功率也分別只有1.7%和1.1%,即使是使用“檀香山”技術(shù),以分化程度較低的卵丘細(xì)胞為核供體,其成功率也只有百分之幾。
此外,生出的部分個體表現(xiàn)出生理或免疫缺限。以克隆牛為例,日本、法國等國培育的許多克隆牛在降生后兩個月內(nèi)死去;到2000年2月,日本全國已共有121頭體細(xì)胞克隆牛誕生,但存活的只有64頭。觀察結(jié)果表明,部分犢牛胎盤功能不完善,其血液中含氧量及生長因子的濃度都低于正常水平;有些牛犢的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常發(fā)育;克隆動物胎兒普遍存在比一般動物發(fā)育快的傾向,這些都可能是死亡的原因。
即使是正常發(fā)育的“多利”,也被發(fā)現(xiàn)有早衰跡象。染色體的末端被稱為端粒,它決定著細(xì)胞能夠分裂的次數(shù):每一次分裂端粒都會縮短,而當(dāng)端粒耗盡后細(xì)胞就失去了分裂能力。1998年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“多莉”的細(xì)胞端粒比正常的要短,即其細(xì)胞處于更衰老的狀態(tài)。當(dāng)時認(rèn)為,這可能是用成年綿羊的細(xì)胞克隆“多莉”造成的,使其細(xì)胞具有成年細(xì)胞的印記,但這一解釋目前受到了挑戰(zhàn),美國馬薩諸塞州的醫(yī)生羅伯特·蘭扎等用培養(yǎng)的衰老細(xì)胞克隆牛,得到6頭小牛,出生5~10個月后發(fā)現(xiàn)這些克隆牛的端粒比普通同齡小牛要長,有的甚至比普通新生小牛的端粒還長,F(xiàn)在還不清楚這一現(xiàn)象的原因,也不清楚為何與“多莉“的情況有巨大差別。但這一實驗說明,在一些情況下克隆過程能改變成熟細(xì)胞的分子鐘,使其“恢復(fù)青春”,關(guān)于這種變化對克隆動物壽命的影響,還有待于進(jìn)一步觀察。
除了以上的理論和技術(shù)障礙外,克隆技術(shù)(尤其是在人胚胎方面的應(yīng)用)對倫理道德的沖擊和公眾對此的強烈反應(yīng)也限制了克隆技術(shù)的應(yīng)用。但幾年來克隆技術(shù)的發(fā)展表明,世界各科技大國都不甘落后,誰也沒有放棄克隆技術(shù)研究。這一點上英國政府的態(tài)度非常具有代表性,在1997年2月底宣布中止對“多莉”研究小組投資后不到1個月,英國科技委員會就對克隆技術(shù)發(fā)表專題報告,表明英國政府將重新考慮這一決定,認(rèn)為盲目禁止這方面的研究并不是明智之舉,關(guān)鍵在于建立一定的規(guī)范利用它為人類造福。
一個細(xì)菌經(jīng)過20分鐘左右就可一分為二;一根葡萄枝切成十段就可能變成十株葡萄;仙人掌切成幾塊,每塊落地就生根;一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐莖,一年內(nèi)就能長出數(shù)百株草莓苗……凡此種種,都是生物靠自身的一分為二或自身的一小部分的擴(kuò)大來繁衍后代,這就是無性繁殖,無性繁殖的英文名稱叫“Clone”,譯音為“克隆”。
自然界的許多動物,在正常情況下都是依靠父方產(chǎn)生的雄性細(xì)胞(精子)與母方產(chǎn)生的雌性細(xì)胞(卵子)融合(受精)成受精卵(合子),再由受精卵經(jīng)過一系列細(xì)胞分裂長成胚胎,最終形成新的個體,這種依靠父母雙方提供性細(xì)胞、并經(jīng)兩性細(xì)胞融合產(chǎn)生后代的繁殖方法就叫有性繁殖,但是,如果我們用外科手術(shù)將一個胚胎分割成兩塊,四塊、八塊……最后通過特殊的方法使一個胚胎長成兩個、四個,八個……生物體,這些生物體就是克隆個體,而這兩個、四個、八個……個體就叫做無性繁殖系(也叫克。
1979年春,中國科學(xué)院武漢水生生物研究所的科學(xué)家用鯽魚囊胚期的細(xì)胞進(jìn)行人工培養(yǎng),經(jīng)過385天59代連續(xù)傳代培養(yǎng)后,用直徑10微米左右的玻璃管在顯微鏡下從培養(yǎng)細(xì)胞中吸出細(xì)胞核,在此同時,除去鯽魚卵細(xì)胞的核,讓卵細(xì)胞留出空間作好接納囊胚細(xì)胞核的準(zhǔn)備,一切準(zhǔn)備就緒后,把玻璃管吸出的核移放到空出位置的鯽魚卵細(xì)胞內(nèi),得到了囊胚細(xì)胞核的卵細(xì)胞在人工培養(yǎng)下大部分夭亡了,在189個這種換核卵細(xì)胞中,只有兩個孵化出了魚苗,而最終只有一條幼魚度過難關(guān),經(jīng)過80多天培養(yǎng)后長成8厘米長的鯽魚。這種鯽魚并沒有經(jīng)過雌、雄細(xì)胞的結(jié)合,僅僅是給卵細(xì)胞換了個囊胚細(xì)胞的核,實際上是由換核卵產(chǎn)生的,因此也是克隆魚。
在克隆鯽魚出現(xiàn)之前,英國牛津大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)在1960年和1962年,先后用非洲一種有爪的蟾蜍(非洲爪蟾)進(jìn)行過克隆試驗。試驗方式是先用紫外線照射爪蟾卵細(xì)胞,破壞其中的核,然后依靠高超的外科手術(shù)從爪蟾蝌蚪的腸上皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、腎細(xì)胞中取出核,并把這些細(xì)胞的核精確地放進(jìn)已被紫外線破壞了細(xì)胞核的卵細(xì)胞內(nèi),經(jīng)過精心照料,這些換核卵中終于有一部分長出了活蹦亂跳的爪蟾,這種爪蟾也不是經(jīng)過精細(xì)胞和卵細(xì)胞州結(jié)合產(chǎn)生的,所以也是克隆爪蟾。
我國著名生物學(xué)家童第周先生在1978年成功地進(jìn)行了黑斑蛙的克隆試驗,他將黑斑蛙的紅細(xì)胞的核移人事先除去了核的黑斑蛙卵中,這種換核卵最后長成能在水中自由游泳的蝌蚪。
魚類換核技術(shù)的成熟和兩棲類換核的成功,使一批從事良種培育工作的科學(xué)家激動不已,既然鯽魚的囊胚細(xì)胞核取代鯽魚卵細(xì)胞核后能得到克隆魚,那么異種魚換核能否得到新的雜種魚呢?我國科學(xué)家首先提出了這個問題,也首先解決了這個問題,就是培養(yǎng)克隆鯽魚成功的那個研究所,設(shè)法把鯉魚胚胎細(xì)胞的核取代了鯽魚卵細(xì)胞的核。鯉魚細(xì)胞核和鯽魚卵細(xì)胞質(zhì)居然能相安無事,并開始了類似受精卵分裂發(fā)育的過程,最后長出有“胡須”的“鯉鯽魚”,這種魚有“胡須”,生長快,完全像鯉魚,但它的側(cè)線鱗片數(shù)和脊椎骨的數(shù)目與鯽魚相同,而且魚味鮮美不亞于鯽魚。這種人工克隆新魚種的出現(xiàn)為魚類育種開辟了新途徑。
對科學(xué)的追求是永無止境的,魚類,兩棲類克隆的成功自然而然地使科學(xué)家把目光投向了哺乳類。美國和瑞士的科學(xué)家率先從灰色小鼠的胚胎細(xì)胞中取出細(xì)胞核,用這個核取代黑色小鼠受精卵細(xì)胞核。實際上,這個黑色小鼠的受精卵在精細(xì)胞核剛進(jìn)入卵細(xì)胞后,就把精細(xì)胞核連同卵細(xì)胞的核一起除去;沂笈咛ゼ(xì)胞的核移人黑色小鼠的去核受精卵后,在試管里人工培養(yǎng)了四天,然后再把它植人白色小鼠的子宮內(nèi)、經(jīng)幾百次灰、黑、白這樣的操作以后,白色小鼠終于生下了三只小灰鼠。
1996年2月27日出版的英國“自然”雜志公布了愛丁堡羅斯林研究所威爾莫特等人的研究成果:經(jīng)過247次失敗之后,他們在前年7月得到了一只名為“多利”的克隆雌性綿羊。
“多莉”綿羊是如何“創(chuàng)造”出來的呢?威爾莫特等學(xué)者先給“蘇格蘭黑面羊”注射促性腺素,促使它排卵,得到卵之后,立即用極細(xì)的吸管從卵細(xì)胞中取出核,與此同時,從懷孕三個月的“芬多席特”六齡母羊的乳腺細(xì)胞中取出核,立即送人取走核的“蘇格蘭黑面羊”的卵細(xì)胞中,手術(shù)完成之后,用相同頻率的電脈沖刺激換核卵,讓“蘇格蘭黑面羊”的卵細(xì)胞質(zhì)與“芬多席特”母羊乳腺細(xì)胞的核相互協(xié)調(diào),使這個“組裝”細(xì)胞在試管里經(jīng)歷受精卵那樣的分裂、發(fā)育而形成胚胎的過程,然后,將胚胎巧妙地植人另一只母羊的子宮里。到去年7月,這只“護(hù)理”體外形成胚胎的母羊終于產(chǎn)下了小綿羊“多莉”!岸嗬颉辈皇怯赡秆虻穆鸭(xì)胞和公羊的精細(xì)胞受精的產(chǎn)物,而是“換核卵”一步一步發(fā)展的結(jié)果,因此是“克隆羊”。
“克隆羊”的誕生,在世界各國引起了震驚,它難能可貴之處在于換進(jìn)去的是體細(xì)胞的核,而不是胚胎細(xì)胞核。這個結(jié)果證明:動物體中執(zhí)行特殊功能、具有特定形態(tài)的所謂高度分化的細(xì)胞與受精卵一樣具有發(fā)育成完整個體的潛在能力。也就是說,動物細(xì)胞與植物細(xì)胞一樣,也具有全能性。
克隆技術(shù)會給人類帶來極大的好處,例如,英國PPL公司已培育出羊奶中含有治療肺氣腫的a-1抗胰蛋白酶的母羊。這種羊奶的售價是6千美元一升。一只母羊就好比一座制藥廠,用什么辦法能最有效、最方便地使這種羊擴(kuò)大繁殖呢?最好的辦法就是“克隆”。同樣,荷蘭PHP公司培育出能分泌人乳鐵蛋白的牛,以色列LAS公司育成了能生產(chǎn)血清白蛋白的羊,這些高附加值的牲畜如何有效地繁殖?答案當(dāng)然還是“克隆”。
母馬配公驢可以得到雜種優(yōu)勢特別強的動物——騾,騾不能繁殖后代,那么,優(yōu)良的騾如何擴(kuò)大繁殖?最好的辦法也是“克隆”,我國的大熊貓是國寶,但自然交配成功率低,因此已瀕臨絕種。如何挽救這類珍稀動物?“克隆”為人類提供了切實可行的途徑。
克隆動物還對于研究癌生物學(xué)、研究免疫學(xué)、研究人的壽命等都有不可低估的作用。
不可否認(rèn),“克隆綿羊”的問世也引起了許多人對“克隆人”的興趣,例如,有人在考慮,是否可用自己的細(xì)胞克隆成一個胚胎,在其成形前就冰凍起來。在將來的某一天,自身的某個器官出了問題時,就可從胚胎中取出這個器官進(jìn)行培養(yǎng),然后替換自己病變的器官,這也就是用克隆法為人類自身提供“配件”。
有關(guān)“克隆人”的討論提醒人們,科技進(jìn)步是一首悲喜交集的進(jìn)行曲?萍荚桨l(fā)展,對社會的滲透越廣泛深入,就越有可能引起許多有關(guān)的倫理、道德和法律等問題。我想用諾貝爾獎獲得者,著名分子生物學(xué)家J.D.沃森的話來結(jié)束本文:“可以期待,許多生物學(xué)家,特別是那些從事無性繁殖研究的科學(xué)家,將會嚴(yán)肅地考慮它的含意,并展開科學(xué)討論,用以教育世界人民。”
克隆技術(shù)的利益
1.克隆技術(shù)與遺傳育種
在農(nóng)業(yè)方面,人們利用“克隆”技術(shù)培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病蟲害的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種,大大提高了糧食產(chǎn)量。在這方面我國已邁入世界最先進(jìn)的前列。
2.克隆技術(shù)與瀕危生物保護(hù)
克隆技術(shù)對
3.克隆技術(shù)與醫(yī)學(xué)
在當(dāng)代,醫(yī)生幾乎能在所有人類器官和組織上施行移植手術(shù)。但就科學(xué)技術(shù)而言,器官移植中的排斥反應(yīng)仍是最為頭痛的事。排斥反應(yīng)的原因是組織不配型導(dǎo)致相容性差。如果把“克隆人”的器官提供給“原版人”,作器官移植之用,則絕對沒有排斥反應(yīng)之慮,因為二者基因相配,組織也相配。問題是,利用“克隆人”作為器官供體合不合乎人道?是否合法?經(jīng)濟(jì)是否合算?
克隆技術(shù)還可用來大量繁殖有價值的基因,例如,在醫(yī)學(xué)方面,人們正是通過“克隆”技術(shù)生產(chǎn)出治療糖尿病的胰島素、使侏儒癥患者重新長高的生長激素和能抗多種病毒感染的干撓素,等等。
4.生長周期短,遺傳性狀穩(wěn)定
克隆技術(shù)的弊端
1.生態(tài)層面,克隆技術(shù)導(dǎo)致的基因復(fù)制,會威脅基因多樣性的保持,生物的演化將出現(xiàn)一個逆向的顛倒過程,即由復(fù)雜走向簡單,這對生物的生存是極為不利的。
2.文化層面,克隆人是對自然生殖的替代和否定,打破了生物演進(jìn)的自律性,帶有典型的反自然性質(zhì)。與當(dāng)今正在興起的崇尚天人合一、回歸自然的基本文化趨向相悖。
4.血緣生育構(gòu)成了社會結(jié)構(gòu)和社會關(guān)系。為什么不同的國家、不同的種族幾乎都反對克隆人,原因就是這是另一種生育模式,現(xiàn)在單親家庭子女教育問題備受關(guān)注,就是關(guān)注一個情感培育問題,人的成長是在兩性繁殖、雙親撫育的狀態(tài)下完成的,幾千年來一直如此,克隆人的出現(xiàn),社會該如何應(yīng)對,克隆人與被克隆人的關(guān)系到底該是什么呢?
5.身份和社會權(quán)利難以分辨。假如有一天,突然有20個兒子來分你的財產(chǎn),他們的指紋、基因都一樣,該咋辦?是不是要像汽車掛牌照一樣在他們額頭上刻上克隆人川A0001、克隆人川A0002之類的標(biāo)記才能識別。
6.可能支持克隆人的人有一個觀點:解決無法生育的問題。但一個沒有生育能力的人克隆的下一代還會沒有生育能力。你自認(rèn)為優(yōu)秀,可克隆出的人除血型、相貌、指紋、基因和你一樣外,其性格、行為可能完全不同,你能保證克隆人會和你一樣優(yōu)秀而不誤入歧途嗎?在克隆人研究中,如果出現(xiàn)異常,有缺陷的克隆人不能像克隆的動物隨意處理掉,這也是一個麻煩。因此在目前的環(huán)境下,不僅是觀念、制度,包括整個社會結(jié)構(gòu)都不知道怎么來接納克隆人。
7.根據(jù)信息克隆生物有早衰性,"多利"也是,因而已逝世.
