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动物克隆庄园:从多莉羊到克隆猴

 
撰文 | 付国斌
责编 | 叶水送
 
克隆是指创造出一个与原来生物体拥有一模一样遗传信息的生物体,它原本是指基因的复制,而现在用处广泛,早已超出这个含义。即便在生物学内也不尽相同,克隆在分子生物学上主要是指DNA的复制,在细胞学上指培养一群同基因组的细胞,在动物学上指获得同基因组的生物个体。本文主要讨论动物的克隆。
 
虽然高等动物普遍采用有性生殖,但克隆是否在高等生物中自然存在呢?答案是肯定的,例如同卵双胞胎,源自于同一个受精卵的分裂,具有同样的基因组,这也是人工克隆动物的一个思路,将早期胚胎分为多个小的胚胎,然后再分别发育成多个个体。这种方式建立在早期胚胎细胞的可塑性(Plasticity)上,此时细胞的命运依然可逆并具有全能性,而后期细胞,特别是已成熟的细胞并不具有这种特性。采用这种方式不仅在技术上困难,更为重要的是因为必须用早期胚胎,极大地限制了克隆的使用范围。
 
很多特性必须要等到个体成熟后才能获知,而如果此时再想克隆个体就需要换种思路:采用体细胞核移植(Somatic cell nuclear transfer, SCNT)技术。由于动物个体的很多特征由基因控制,因此只要将基因组所在的细胞核移植到去核的卵母细胞或早期胚胎细胞中,再进一步发育,即可获得和被移植个体同特征的个体。狭义上的动物克隆就是指使用体细胞核移植技术的克隆,目前大多数动物克隆都是采用这种方式。
 
动物克隆的简单历程
 
得益于20世纪上半叶发育学等学科的发展,1952年,美国科学家罗伯特·布里格斯(Robert Briggs)和托马斯·金(Thomas King)将青蛙受精卵的细胞核移植到卵细胞中并发育出胚胎。这是人类第一次用细胞核移植技术成功发育出胚胎,这次实验成功地进行了104次核移植,培育出35个胚胎,其中27个成长为蝌蚪。这种发育成功率在普通人看来可能很低,但在克隆界算是很高了,简直是高出了天际。
 
当然这与实验采用的动物及细胞有关。首先,青蛙体外排卵,卵细胞体积大,非常便于实验操作。其次,细胞核来源于受精卵,本身具有发育成胚胎并长成个体的能力。最后便是青蛙受精卵在水中能成长发育,要求比较低。虽然实验看起来采取了特殊的模式,但依然意义非凡,因为即便今日人类依然不清楚细胞核的取出和移植对细胞有怎样的影响,但这次实验成功了,从结果上肯定了技术的可行性,为动物克隆开创了一片天地。
 
虽然青蛙克隆实验成功了,但人们的好奇心并不会因此而减弱,相反会变得更强,其中最重要的两个疑问是:成熟的体细胞核能否移植并发育,其他动物能否被克隆。
 
1958年,第一个问题便有了答案。英国牛津大学的科学家约翰·戈登(John Gurdon)成功地将蝌蚪肠上皮细胞的细胞核移植到青蛙卵细胞里,并发育出胚胎。在肯定了第一个问题后,第二个问题的答案也没有让人们等太久。1963年,我国科学家童第周在世界上第一次成功克隆了亚洲鲤鱼,这次克隆是将一条雄性鲤鱼的细胞核移植到雌性鲤鱼的卵母细胞中。此外,1973年童第周还将亚洲鲤鱼的基因移植到欧洲鲫鱼中,第一次实现了种间克隆。
 
高等动物羊、鼠和牛的克隆,分别发生在1984年、1986年和1994年,但由于它们都使用胚胎分裂技术,而非用成熟的体细胞,影响力较小,没有受到很大关注。但很快地克隆技术便得到了前所未有的关注,让这个专业词汇从生物学走进了普通公众,甚至走进了科幻电影里。这就是1996年英国科学家基思·坎贝尔(Keith Campbell)和伊恩·威尔穆特(Ian Wilmut)用成熟体细胞成功克隆了一只羊,它的名字叫“多莉”。
 
多莉一出生便名扬世界,它应该是迄今为止世界上最有名的动物,足以比拟任何当红明星,即便死后知名度依然不减。在经历277次核移植,产生29个胚胎,放入13个代孕母羊后,最后有且只有多莉幸运地出生了。这次艰辛而又享誉世界的实验,从这组数据上可以看出,比起克隆界的前辈们在概率上,实在小得太多了,只出生了一只,这还是建立在科研人员数百次的辛勤工作上,这也许是上帝的眷顾。
 
多莉有三个母亲,分别是为它提供细胞质、细胞核和子宫。多莉只活了6年多,于2003年去世,共有三次生育,产生6个后代。
 
科研成果能够在第一时间引起大众关注的并不多,引起大众关注并且有真正重大突破的可能还要再少一个数量级,而多莉绝对算是其中最亮眼的科学事件之一,它不仅第一时间进入了各大新闻版面,还给克隆界注入了迄今为止最为强劲的强心剂。多莉的诞生证明了克隆高等动物的可行性,并且可以正常生活和生育。至此之后,多种高等动物如雨后春笋般的被克隆成功。
 
目前,已被克隆的高等物种有20多种,其中克隆牛和鼠诞生于1997年,和人类相近的猕猴在1999年,被科学家利用胚胎分离的方式克隆成功,克隆猪出现于2000年,克隆兔、骡子、鹿和马则在2003年成功,克隆狗、果蝇在2005年诞生,2009年,克隆骆驼在迪拜诞生。
 
近几年来,随着科学的发展,克隆的应用更加广泛并开始走向商业。2009年,一种已灭绝的庇里牛斯山羊(Pyrenean ibex)被克隆成功,这是人类第一次将已灭绝的物种克隆出来,虽然它仅活了7分钟,但为灭绝动物的再生打开了一扇亮窗。
 
2014年,深圳华大基因报道称,每年生产500只克隆猪,成功率在70-80%,但遭到了来自科学以及公众方面的强大压力。
 
2015年,一家中国公司计划每年生产10万只克隆牛,用于满足市场对高品质牛的需求,同样地,该计划遭到了众人的猛烈批评,认为不具可操作性。
 
结合目前热门的基因编辑技术,2017年,一只基因编辑狗在另一家中国公司诞生。
 
克隆人距离我们到底还有多远
 
自从克隆羊多莉诞生之后,最近二十年克隆技术的发展越来越快,多种动物相继被克隆成功,此时大众关心的另一个核心问题就是:克隆人距离我们到底还有多远。
 
克隆技术说起来并不复杂,将细胞核转入到卵母或胚胎细胞质中,然后即可像受精卵一样发育。然而即便已探索了一个多世纪,这其中的基本问题依然很多,例如去核过程对细胞有什么影响、被移植的细胞核在进入胚胎细胞质之后发生了什么、克隆的成功率和这些操作有没有关系、如何让受精卵在体外更好地发育等。这些问题的解决,还需要广大科研人员的努力,而且目前看起来并不会轻松。
 
很多动物都已被克隆成功,人类同它们并没有本质区别,可能只是技术上更难一些。距离克隆人,也许只有一个玻璃窗的距离,但社会舆论、伦理道德以及法律禁止任何人向前踏出这一步。
 
参考文献
1.Keefer, Carol L. “Artificial Cloning of Domestic Animals.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 112, no. 29, 2015, pp. 8874–8878.
2.AnimalResearch.Info http://www.animalresearch.info/en/medical-advances/timeline/cloning-dolly-the-sheep/
3.https://en.wikipedia.org/wiki/Cloning
4.https://en.wikipedia.org/wiki/Dolly_(sheep)
5.王承志. 人类克隆自己:还有什么困难?知识分子,2017-03-03.
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