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克隆技术:窥探未知领域的一种可能性

时间:2023-07-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:1997年7月,一只名叫多莉的绵羊,在通过克隆技术诞生后,更是引起了世界各国科学家的注意。这对克隆猴姐妹的基因,来自同一个流产的雌性猕猴胚胎。科研人员提取了这个流产猕猴胚胎的部分体细胞,将细胞核“植入”若干个去掉了细胞核的卵细胞,结果产生了基因完全相同的后代。这是世界生命科学领域近年来的重大突破。

克隆技术:窥探未知领域的一种可能性

迈出克隆技术关键一步

“克隆绵羊,没爹没娘”,这句小品台词曾经让很多人发笑,虽然说得很质朴,但也恰到好处地将克隆技术的本质说了出来。1997年7月,一只名叫多莉的绵羊,在通过克隆技术诞生后,更是引起了世界各国科学家的注意。从此,克隆成了大家的热门话题。克隆是英文单词clone的音译,原本指对幼苗和嫩枝以无性繁殖或营养繁殖的方法进行植物培养,后随着科技的发展,克隆的内涵不断扩大,不但适用于植物,也适用于动物。通俗地说,克隆就是无性繁殖。

其实,克隆这种无性繁殖的方法,在我们日常生活当中常常会用到。比如,每年春暖花开时,喜欢种花草的人,就会进行植物扦插:从一株植物上,剪下枝条,扦插到土地当中,长成另一株美丽的植物。还有很多低等生物,如细菌、涡虫都可以依靠自我分裂繁殖,生成无数个子体。

但高等生物比如牛、羊是否能够克隆呢?自然条件下当然是不可能的,但在人工干预下能否实现呢?这就是科学家们一度争议不断,也始终在思索的问题。很多人认为肝细胞只能产生肝细胞,顶多是产生多个肝细胞聚集形成肝组织,但肝细胞绝不会产生肺细胞,更不能生成一个完整的高等生物。但多莉羊的诞生,打破了这种看法,给科学家对高等生命的克隆繁殖打开了一扇通往更广阔天地的大门。

那么克隆羊是怎么产生的呢?克隆的基本技术就是细胞核移植。我们找来两只羊A和B,取A羊的一个体细胞,将其细胞核单独提取出来;取B羊的一个卵细胞,去掉其细胞核,然后把A羊的细胞核移入B羊的去核卵细胞中。之后,将这个替换过细胞核的卵细胞植入第三只羊C的子宫,使其在C羊体内生长发育,形成一个胚胎,胚胎又逐渐发育成熟,被分娩出来,这个刚出生的小羊羔就是克隆羊。这只克隆羊的遗传基因和A羊是相同的。

虽然世界知名,但多莉并不是世界上第一个克隆体高等动物。其实,全世界第一个摘得成功克隆脊椎动物桂冠的科学家是中国人,克隆的对象是鱼类。只是因为诸多原因,这项成就没能及时得到世界的认可而与荣耀失之交臂。那么克隆鱼的背后,有着怎样的故事呢?

克隆鱼:走在世界前列的研究

众所周知,动物的细胞分为性细胞和体细胞。性细胞是具有生殖能力的细胞,如精子和卵子。一个性细胞只携带一半的遗传信息,需要精子和卵子结合成受精卵,才能拥有完整的遗传信息,进而发育成新生命。体细胞是指分化成组织和器官的“定型”细胞,如肝细胞、肺细胞等,每个体细胞都有这种生物完整的遗传信息。所以在理论上,人们只要拥有受精卵细胞和体细胞,就能完成克隆。但理论上成立的事,在实际研究过程中却往往很难实现。

20世纪60到70年代,英、美、日等多个发达国家的众多生物学家都在搞相关研究,但多次受挫,始终没能获得成功。而此时,在中华大地上,一位受人尊敬的生物学家也在独立进行着相关研究,并终于获得了历史性突破,他就是童第周。

1973年5月,童第周教授从鲫鱼卵巢里,取出成熟卵细胞质中的遗传物质,注射到金鱼的受精卵中。结果,在由接受人工处理的受精卵发育而成的320条幼鱼中,有106条由双尾变成单尾,双尾是金鱼的特征,而单尾是鲫鱼的特征,因此这106条鱼显然是受到人为因素的影响而出现了变异。(www.xing528.com)

1975年5月,童教授又和牛满江教授合作,从鲤鱼的卵巢里,取出成熟卵细胞质中的遗传物质,并注入金鱼的受精卵中。结果,有22.3%的金鱼出现了鲤鱼的部分特征。有人也许会问刚才已经用鲫鱼试验过了,这次换成鲤鱼又有什么意义呢?因为鲫鱼和金鱼是近亲,遗传物质原本就很类似,所以试验难度相对较小。而鲤鱼和金鱼的亲缘关系就比较远,实验难度就大了很多,而且能够验证遗传物质差异较大的动物之间是否可以进行克隆。

1976年5月,童第周和牛满江又以蝾螈和金鱼的细胞进行实验。他们把蝾螈细胞质的遗传物质注射到金鱼的受精卵中,结果发现在382条小鱼中,居然有4条像蝾螈一样长出了平衡器。蝾螈和之前的鲫鱼、鲤鱼大不相同,不再是鱼类,而是两栖类,和金鱼的差异更大了,试验的难度更是倍增。这样的实验成果,是全世界第一次实现不同类别生物之间细胞核移植的成功案例。童第周开创了生物学发展的新历史,为了纪念童教授的贡献,人们将这些特殊的鱼称为“童鱼”。

在此之前,美英学者的有关研究,都是在同一物种之间进行的;日本学者曾经尝试在不同的蛙类之间进行细胞核移植,但都以失败告终。而童第周则成功实现了差异很大的不同物种之间的移植,跨越的难度和成就可想而知。

后来,童第周在对鱼卵核移植研究和显微注射技术的帮助下,将培养30多天的成熟银鲫的肾细胞核连续核移植,成功获得1条性成熟的成鱼。这一创举成功进行了脊椎动物体细胞克隆,要比英国的体细胞克隆羊“多莉”问世早15年!开创了我国“克隆”技术的先河,童第周成为中国当之无愧的“克隆先驱”,也可以说是在真正意义上第一个实现脊椎动物的体细胞克隆的人。

克隆猴:克隆技术的推进

在克隆鱼获得成功后,中国的科学家并没有停止探索的脚步,而是继续向前,更深入地向更有价值的领域进军。2018年1月24日,中科院神经科学研究所所长蒲慕明院士、孙强研究员和刘真博士,宣布成功培育出两只克隆猴,取名为“中中”和“华华”。

这对克隆猴姐妹的基因,来自同一个流产的雌性猕猴胚胎。科研人员提取了这个流产猕猴胚胎的部分体细胞,将细胞核“植入”若干个去掉了细胞核的卵细胞,结果产生了基因完全相同的后代。

时到今日,世界上克隆出来的动物很多,从克隆鱼到克隆羊,再到后来的克隆牛、鼠、猫、狗等。那么克隆猴有什么特殊之处呢?因为猕猴和人类同属灵长类动物,基因很接近,之前很多科学家都曾尝试克隆猴类,但都以失败告终。多数科学家曾认为,以现有技术是无法克隆灵长类动物的。而中国科学家经过数年努力,终于成功突破了这个世界生物学的前沿难题。利用该技术,科研团队在将来可以陆续培育出大批接受基因编辑和遗传背景相同的模型猴。

猴子的基因和人类非常接近,猴子身上的很多疾病也存在于人体,克隆猴的成功,将为人类脑疾病、免疫缺陷疾病、肿瘤、代谢系统疾病的机理研究、干预、诊治带来很大的帮助。这是世界生命科学领域近年来的重大突破。

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