克隆猴与供核体所具有的微小差异来着哪里?
克隆
克隆是英文clone的音译,简单讲就是一种人工诱导的无性繁殖方式。但克隆与无性繁殖是不同的。无性繁殖是指不经过雌雄两性生殖细胞的结合、只由一个生物体产生后代的生殖方式,常见的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、茎、叶等经过压条或嫁接等方式产生新个体也叫无性繁殖。绵羊、猴子和牛等动物没有人工操作是不能进行无性繁殖的。科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫克隆,这门生物技术叫克隆技术。
克隆的基本过程是先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后,再被植入动物子宫中使动物怀孕,便可产下与提供细胞者基因相同的动物。这一过程中如果对供体细胞进行基因改造,那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。
克隆技术不需要雌雄交配,不需要精子和卵子的结合,只需从动物身上提取一个单细胞,用人工的方法将其培养成胚胎,再将胚胎植入雌性动物体内,就可孕育出新的个体。这种以单细胞培养出来的克隆动物,具有与单细胞供体完全相同的特征,是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”和“克隆猴”。克隆技术的成功,被人们称为“历史性的事件,科学的创举”。有人甚至认为,克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。
克隆技术可以用来生产“克隆人”,可以用来“复制”人,因而引起了全世界的广泛关注。对人类来说,克隆技术是悲是喜,是祸是福?唯物辩证法认为,世界上的任何事物都是矛盾的统一体,都是一分为二的。克隆技术也是这样。如果克隆技术被用于“复制”像希特勒之类的战争狂人,那会给人类社会带来什么呢?即使是用于“复制”普通的人,也会带来一系列的伦理道德问题。如果把克隆技术应用于畜牧业生产,将会使优良牲畜品种的培育与繁殖发生根本性的变革。若将克隆技术用于基因治疗的研究,就极有可能攻克那些危及人类生命健康的癌症、艾滋病等顽疾。克隆技术犹如原子能技术,是一把双刃剑,剑柄掌握在人类手中。人类应该采取联合行动,避免“克隆人”的出现,使克隆技术造福于人类社会。
克隆技术研究现状
一、克隆的早期研究
克隆一词是英文单词clone的音译,作为名词,clone通常被意译为无性繁殖系。同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的,例外仅见于有突变发生时。自然界早已存在天然植物、动物和微生物的克隆,例如:同卵双胞胎实际上就是一种克隆。然而,天然的哺乳动物克隆的发生率极低,成员数目太少(一般为两个),且缺乏目的性,所以很少能够被用来为人类造福,因此,人们开始探索用人工的方法来生产高等动物克隆。这样,克隆一词就开始被用作动词,指人工培育克隆动物这一动作。
目前,生产哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。克隆羊“多莉”,以及其后各国科学家培育的各种克隆动物,采用的都是细胞核移植技术。所谓细胞核移植,是指将不同发育时期的胚胎或成体动物的细胞核,经显微手术和细胞融合方法移植到去核卵母细胞中,重新组成胚胎并使之发育成熟的过程。与胚胎分割技术不同,细胞核移植技术,特别是细胞核连续移植技术可以产生无限个遗传相同的个体。由于细胞核移植是产生克隆动物的有效方法,故人们往往把它称为动物克隆技术。
采用细胞核移植技术克隆动物的设想,最初由汉斯·施佩曼在1938年提出,他称之为“奇异的实验”,即从发育到后期的胚胎(成熟或未成熟的胚胎均可)中取出细胞核,将其移植到一个卵子中。这一设想是现在克隆动物的基本途径。
从1952年起,科学家们首先采用青蛙开展细胞核移植克隆实验,先后获得了蝌蚪和成体蛙。1963年,我国童第周教授领导的科研组,首先以金鱼等为材料,研究了鱼类胚胎细胞核移植技术,获得成功。
哺乳动物胚胎细胞核移植研究的最初成果在1981年取得——卡尔·伊尔门泽和彼得·霍佩用鼠胚胎细胞培育出发育正常的小鼠。1984年,施特恩·维拉德森用取自羊的未成熟胚胎细胞克隆出一只活产羊,其他人后来利用牛、猪、山羊、兔和猕猴等各种动物对他采用的实验方法进行了重复实验。1989年,维拉德森获得连续移核二代的克隆牛。1994年,尼尔·菲尔斯特用发育到至少有120个细胞的晚期胚胎克隆牛。到1995年,在主要的哺乳动物中,胚胎细胞核移植都获得成功,包括冷冻和体外生产的胚胎;对胚胎干细胞或成体干细胞的核移植实验,也都做了尝试。但到1995年为止,成体动物已分化细胞核移植一直未能取得成功。
二、克隆羊“多莉”的意义和引起的反响
以上事实说明,在1997年2月英国罗斯林研究所维尔穆特博士科研组公布体细胞克隆羊“多莉”培育成功之前,胚胎细胞核移植技术已经有了很大的发展。实际上,“多莉”的克隆在核移植技术上沿袭了胚胎细胞核移植的全部过程,但这并不能减低“多莉”的重大意义,因为它是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物,是克隆技术领域研究的巨大突破。这一巨大进展意味着:在理论上证明了,同植物细胞一样,分化了的动物细胞核也具有全能性,在分化过程中细胞核中的遗传物质没有不可逆变化;在实践上证明了,利用体细胞进行动物克隆的技术是可行的,将有无数相同的细胞可用来作为供体进行核移植,并且在与卵细胞相融合前可对这些供体细胞进行一系列复杂的遗传操作,从而为大规模复制动物优良品种和生产转基因动物提供了有效方法。
在理论上,利用同样方法,人可以复制“克隆人”,这意味着以往科幻小说中的独裁狂人克隆自己的想法是完全可以实现的。因此,“多莉”的诞生在世界各国科学界、政界乃至宗教界都引起了强烈反响,并引发了一场由克隆人所衍生的道德问题的讨论。各国政府有关人士、民间纷纷作出反应:克隆人类有悖于伦理道德。尽管如此,克隆技术的巨大理论意义和实用价值促使科学家们加快了研究的步伐,从而使动物克隆技术的研究与开发进入一个高潮。
三、近3年来克隆研究的重要成果
克隆羊“多莉”的诞生在全世界掀起了克隆研究热潮,随后,有关克隆动物的报道接连不断。1997年3月,即“多莉”诞生后1个月,美国、中国台湾和澳大利亚科学家分别发表了他们成功克隆猴子、猪和牛的消息。不过,他们都是采用胚胎细胞进行克隆,其意义不能与“多莉”相比。同年7月,罗斯林研究所和PPL公司宣布用基因改造过的胎儿成纤维细胞克隆出世界上第一头带有人类基因的转基因绵羊“波莉”(Polly)。这一成果显示了克隆技术在培育转基因动物方面的巨大应用价值。
1998年7月,美国夏威夷大学Wakayama等报道,由小鼠卵丘细胞克隆了27只成活小鼠,其中7只是由克隆小鼠再次克隆的后代,这是继“多莉”以后的第二批哺乳动物体细胞核移植后代。此外,Wakayama等人采用了与“多莉”不同的、新的、相对简单的且成功率较高的克隆技术,这一技术以该大学所在地而命名为“檀香山技术”。
此后,美国、法国、荷兰和韩国等国科学家也相继报道了体细胞克隆牛成功的消息;日本科学家的研究热情尤为惊人,1998年7月至1999年4月,东京农业大学、近畿大学、家畜改良事业团、地方(石川县、大分县和鹿儿岛县等)家畜试验场以及民间企业(如日本最大的奶商品公司雪印乳业等)纷纷报道了,他们采用牛耳部、臀部肌肉、卵丘细胞以及初乳中提取的乳腺细胞克隆牛的成果。至1999年底,全世界已有6种类型细胞——胎儿成纤维细胞、乳腺细胞、卵丘细胞、输卵管/子宫上皮细胞、肌肉细胞和耳部皮肤细胞的体细胞克隆后代成功诞生。
2000年6月,中国西北农林科技大学利用成年山羊体细胞克隆出两只“克隆羊”,但其中一只因呼吸系统发育不良而早夭。据介绍,所采用的克隆技术为该研究组自己研究所得,与克隆“多莉”的技术完全不同,这表明我国科学家也掌握了体细胞克隆的尖端技术。
在不同种间进行细胞核移植实验也取得了一些可喜成果,1998年1月,美国威斯康星一麦迪逊大学的科学家们以牛的卵子为受体,成功克隆出猪、牛、羊、鼠和猕猴五种哺乳动物的胚胎,这一研究结果表明,某个物种的未受精卵可以同取自多种动物的成熟细胞核相结合。虽然这些胚胎都流产了,但它对异种克隆的可能性作了有益的尝试。1999年,美国科学家用牛卵子克隆出珍稀动物盘羊的胚胎;我国科学家也用兔卵子克隆了大熊猫的早期胚胎,这些成果说明克隆技术有可能成为保护和拯救濒危动物的一条新途径。
四、克隆技术的应用前景
克隆技术已展示出广阔的应用前景,概括起来大致有以下四个方面:(1)培育优良畜种和生产实验动物;(2)生产转基因动物;(3)生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法;(4)复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源。以下就生产转基因动物和胚胎干细胞作简要说明。
转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一,转基因动物可作为医用器官移植的供体、作为生物反应器,以及用于家畜遗传改良、创建疾病实验模型等。但目前转基因动物的实际应用并不多,除单一基因修饰的转基因小鼠医学模型较早得到应用外,转基因动物乳腺生物反应器生产药物蛋白的研究时间较长,已进行了10多年,但目前在全世界范围内仅有2例药品进入3期临床试验,5~6个药品进入2期临床试验;而其农艺性状发生改良、可资畜牧生产应用的转基因家畜品系至今没有诞生。转基因动物制作效率低、定点整合困难所导致的成本过高和调控失灵,以及转基因动物有性繁殖后代遗传性状出现分离、难以保持始祖的优良胜状,是制约当今转基因动物实用化进程的主要原因。
体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命,动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。采用简便的体细胞转染技术实施目标基因的转移,可以避免家畜生殖细胞来源困难和低效率。同时,采用转基因体细胞系,可以在实验室条件下进行转基因整合预检和性别预选。在核移植前,先把目的外源基因和标记基因(如LagZ基因和新霉素抗生基因)的融合基因导入培养的体细胞中,再通过标记基因的表现来筛选转基因阳性细胞及其克隆,然后把此阳性细胞的核移植到去核卵母细胞中,最后生产出的动物在理论上应是100%的阳性转基因动物。采用此法,Schnieke等(Bio Report,1997)已成功获得6只转基因绵羊,其中3只带有人凝血因子IX基因和标记基因(新霉素抗性基因),3只带有标记基因,目的外源基因整合率高达50%。Cibelli(Science,1997)同样利用核移植法获得3头转基因牛,证实了该法的有效性。由此可以看出,当今动物克隆技术最重要的应用方向之一,就是高附加值转基因克隆动物的研究开发。
胚胎干细胞(ES)是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型,来替代那些受损的体内组织,比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。科学家们已经能够使猪ES细胞转变为跳动的心肌细胞,使人ES细胞生成神经细胞和间充质细胞和使小鼠ES细胞分化为内胚层细胞。这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。目前,科学家已成功分离到人ES细胞(Thomson等1998,Science),而体细胞克隆技术为生产患者自身的ES细胞提供了可能。把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚,把重组胚体外培养到囊胚,然后从囊胚内分离出ES细胞,获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞,肌肉细胞和血细胞),用于替代疗法。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗,而非得到克隆个体,科学家们称之为“治疗克隆”。
克隆技术在基础研究中的应用也是很有意义的,它为研究配子和胚胎发生,细胞和组织分化,基因表达调控,核质互作等机理提供了工具。
五、克隆技术存在的问题
尽管克隆技术有着广泛的应用前景,但离产业化尚有很大距离。因为作为一个新兴的研究领域,克隆技术在理论和技术上都还很不成熟,在理论上,分化的体细胞克隆对遗传物质重编(细胞核内所有或大部分基因关闭,细胞重新恢复全能性的过程)的机理还不清楚;克隆动物是否会记住供体细胞的年龄,克隆动物的连续后代是否会累积突变基因,以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。
在实践中,克隆动物的成功率还很低,维尔穆特研究组在培育“多莉“的实验中,融合了277枚移植核的卵细胞,仅获得了“多莉”这一只成活羔羊,成功率只有0.36%,同时进行的胎儿成纤维细胞和胚胎细胞的克隆实验的成功率也分别只有1.7%和1.1%,即使是使用“檀香山”技术,以分化程度较低的卵丘细胞为核供体,其成功率也只有百分之几。
此外,生出的部分个体表现出生理或免疫缺限。以克隆牛为例,日本、法国等国培育的许多克隆牛在降生后两个月内死去;到2000年2月,日本全国已共有121头体细胞克隆牛诞生,但存活的只有64头。观察结果表明,部分犊牛胎盘功能不完善,其血液中含氧量及生长因子的浓度都低于正常水平;有些牛犊的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常发育;克隆动物胎儿普遍存在比一般动物发育快的倾向,这些都可能是死亡的原因。
即使是正常发育的“多莉”,也被发现有早衰迹象。染色体的末端被称为端粒,它决定着细胞能够分裂的次数:每一次分裂端粒都会缩短,而当端粒耗尽后细胞就失去了分裂能力。1998年,科学家发现“多莉”的细胞端粒比正常的要短,即其细胞处于更衰老的状态。当时认为,这可能是用成年绵羊的细胞克隆“多莉”造成的,使其细胞具有成年细胞的印记,但这一解释目前受到了挑战,美国马萨诸塞州的医生罗伯特·兰扎等用培养的衰老细胞克隆牛,得到6头小牛,出生5~10个月后发现这些克隆牛的端粒比普通同龄小牛要长,有的甚至比普通新生小牛的端粒还长。现在还不清楚这一现象的原因,也不清楚为何与“多莉“的情况有巨大差别。但这一实验说明,在一些情况下克隆过程能改变成熟细胞的分子钟,使其“恢复青春”,关于这种变化对克隆动物寿命的影响,还有待于进一步观察。
除了以上的理论和技术障碍外,克隆技术(尤其是在人胚胎方面的应用)对伦理道德的冲击和公众对此的强烈反应也限制了克隆技术的应用。但几年来克隆技术的发展表明,世界各科技大国都不甘落后,谁也没有放弃克隆技术研究。这一点上英国政府的态度非常具有代表性,在1997年2月底宣布中止对“多莉”研究小组投资后不到1个月,英国科技委员会就对克隆技术发表专题报告,表明英国政府将重新考虑这一决定,认为盲目禁止这方面的研究并不是明智之举,关键在于建立一定的规范利用它为人类造福。
一个细菌经过20分钟左右就可一分为二;一根葡萄枝切成十段就可能变成十株葡萄;仙人掌切成几块,每块落地就生根;一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐茎,一年内就能长出数百株草莓苗……凡此种种,都是生物靠自身的一分为二或自身的一小部分的扩大来繁衍后代,这就是无性繁殖,无性繁殖的英文名称叫“Clone”,译音为“克隆”,实际上,英文的“Clone”起源于希腊文“Klone”,原意是用“嫩枝”或“插条”繁殖。时至今日,“克隆”的含义已不仅仅是“无性繁殖”,凡来自一个祖先,经过无性繁殖出的一群个体,也叫“克隆”。这种来自一个祖先的无性繁殖的后代群体也叫“无性繁殖系”,简称无性系。
自然界的许多动物,在正常情况下都是依靠父方产生的雄性细胞(精子)与母方产生的雌性细胞(卵子)融合(受精)成受精卵(合子),再由受精卵经过一系列细胞分裂长成胚胎,最终形成新的个体,这种依靠父母双方提供性细胞、并经两性细胞融合产生后代的繁殖方法就叫有性繁殖,但是,如果我们用外科手术将一个胚胎分割成两块,四块、八块……最后通过特殊的方法使一个胚胎长成两个、四个,八个……生物体,这些生物体就是克隆个体,而这两个、四个、八个……个体就叫做无性繁殖系(也叫克隆)。
可以这样说,关于克隆的设想,我国明代的大作家吴承恩已有精彩的描述——孙悟空经常在紧要关头拔一把猴毛变出一大群猴子,猴毛变猴就是克隆猴。
1979年春,中国科学院武汉水生生物研究所的科学家用鲫鱼囊胚期的细胞进行人工培养,经过385天59代连续传代培养后,用直径10微米左右的玻璃管在显微镜下从培养细胞中吸出细胞核,在此同时,除去鲫鱼卵细胞的核,让卵细胞留出空间作好接纳囊胚细胞核的准备,一切准备就绪后,把玻璃管吸出的核移放到空出位置的鲫鱼卵细胞内,得到了囊胚细胞核的卵细胞在人工培养下大部分夭亡了,在189个这种换核卵细胞中,只有两个孵化出了鱼苗,而最终只有一条幼鱼度过难关,经过80多天培养后长成8厘米长的鲫鱼。这种鲫鱼并没有经过雌、雄细胞的结合,仅仅是给卵细胞换了个囊胚细胞的核,实际上是由换核卵产生的,因此也是克隆鱼。
在克隆鲫鱼出现之前,英国牛津大学的科学家已经在1960年和1962年,先后用非洲一种有爪的蟾蜍(非洲爪蟾)进行过克隆试验。试验方式是先用紫外线照射爪蟾卵细胞,破坏其中的核,然后依靠高超的外科手术从爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞、肝细胞、肾细胞中取出核,并把这些细胞的核精确地放进已被紫外线破坏了细胞核的卵细胞内,经过精心照料,这些换核卵中终于有一部分长出了活蹦乱跳的爪蟾,这种爪蟾也不是经过精细胞和卵细胞州结合产生的,所以也是克隆爪蟾。
我国著名生物学家童第周先生在1978年成功地进行了黑斑蛙的克隆试验,他将黑斑蛙的红细胞的核移人事先除去了核的黑斑蛙卵中,这种换核卵最后长成能在水中自由游泳的蝌蚪。
鱼类换核技术的成熟和两栖类换核的成功,使一批从事良种培育工作的科学家激动不已,既然鲫鱼的囊胚细胞核取代鲫鱼卵细胞核后能得到克隆鱼,那么异种鱼换核能否得到新的杂种鱼呢?我国科学家首先提出了这个问题,也首先解决了这个问题,就是培养克隆鲫鱼成功的那个研究所,设法把鲤鱼胚胎细胞的核取代了鲫鱼卵细胞的核。鲤鱼细胞核和鲫鱼卵细胞质居然能相安无事,并开始了类似受精卵分裂发育的过程,最后长出有“胡须”的“鲤鲫鱼”,这种鱼有“胡须”,生长快,完全像鲤鱼,但它的侧线鳞片数和脊椎骨的数目与鲫鱼相同,而且鱼味鲜美不亚于鲫鱼。这种人工克隆新鱼种的出现为鱼类育种开辟了新途径。
对科学的追求是永无止境的,鱼类,两栖类克隆的成功自然而然地使科学家把目光投向了哺乳类。美国和瑞士的科学家率先从灰色小鼠的胚胎细胞中取出细胞核,用这个核取代黑色小鼠受精卵细胞核。实际上,这个黑色小鼠的受精卵在精细胞核刚进入卵细胞后,就把精细胞核连同卵细胞的核一起除去。灰鼠胚胎细胞的核移人黑色小鼠的去核受精卵后,在试管里人工培养了四天,然后再把它植人白色小鼠的子宫内、经几百次灰、黑、白这样的操作以后,白色小鼠终于生下了三只小灰鼠。
去年2月27日出版的英国“自然”杂志公布了爱丁堡罗斯林研究所威尔莫特等人的研究成果:经过247次失败之后,他们在前年7月得到了一只名为“多利”的克隆雌性绵羊。
“多利”绵羊是如何“创造”出来的呢?威尔莫特等学者先给“苏格兰黑面羊”注射促性腺素,促使它排卵,得到卵之后,立即用极细的吸管从卵细胞中取出核,与此同时,从怀孕三个月的“芬多席特”六龄母羊的乳腺细胞中取出核,立即送人取走核的“苏格兰黑面羊”的卵细胞中,手术完成之后,用相同频率的电脉冲刺激换核卵,让“苏格兰黑面羊”的卵细胞质与“芬多席特”母羊乳腺细胞的核相互协调,使这个“组装”细胞在试管里经历受精卵那样的分裂、发育而形成胚胎的过程,然后,将胚胎巧妙地植人另一只母羊的子宫里。到去年7月,这只“护理”体外形成胚胎的母羊终于产下了小绵羊“多利”。“多利”不是由母羊的卵细胞和公羊的精细胞受精的产物,而是“换核卵”一步一步发展的结果,因此是“克隆羊”。
“克隆羊”的诞生,在世界各国引起了震惊,它难能可贵之处在于换进去的是体细胞的核,而不是胚胎细胞核。这个结果证明:动物体中执行特殊功能、具有特定形态的所谓高度分化的细胞与受精卵一样具有发育成完整个体的潜在能力。也就是说,动物细胞与植物细胞一样,也具有全能性。
克隆技术会给人类带来极大的好处,例如,英国PPL公司已培育出羊奶中含有治疗肺气肿的a-1抗胰蛋白酶的母羊。这种羊奶的售价是6千美元一升。一只母羊就好比一座制药厂,用什么办法能最有效、最方便地使这种羊扩大繁殖呢?最好的办法就是“克隆”。同样,荷兰PHP公司培育出能分泌人乳铁蛋白的牛,以色列LAS公司育成了能生产血清白蛋白的羊,这些高附加值的牲畜如何有效地繁殖?答案当然还是“克隆”。
母马配公驴可以得到杂种优势特别强的动物——骡,骡不能繁殖后代,那么,优良的骡如何扩大繁殖?最好的办法也是“克隆”,我国的大熊猫是国宝,但自然交配成功率低,因此已濒临绝种。如何挽救这类珍稀动物?“克隆”为人类提供了切实可行的途径。
克隆动物还对于研究癌生物学、研究免疫学、研究人的寿命等都有不可低估的作用。
不可否认,“克隆绵羊”的问世也引起了许多人对“克隆人”的兴趣,例如,有人在考虑,是否可用自己的细胞克隆成一个胚胎,在其成形前就冰冻起来。在将来的某一天,自身的某个器官出了问题时,就可从胚胎中取出这个器官进行培养,然后替换自己病变的器官,这也就是用克隆法为人类自身提供“配件”。
有关“克隆人”的讨论提醒人们,科技进步是一首悲喜交集的进行曲。科技越发展,对社会的渗透越广泛深入,就越有可能引起许多有关的伦理、道德和法律等问题。我想用诺贝尔奖获得者,著名分子生物学家J.D.沃森的话来结束本文:“可以期待,许多生物学家,特别是那些从事无性繁殖研究的科学家,将会严肃地考虑它的含意,并展开科学讨论,用以教育世界人民。”
自克隆羊“多利”诞生后,哺乳类动物克隆领域相继取得多项重要成果,但灵长类动物克隆研究的进程一直比较缓慢,难题主要有两个:一是灵长类动物克隆过程需要将受体卵细胞核取出,注入异体体细胞核,而灵长类动物细胞核较之其他动物更加精细,更容易受到损伤;二是灵长类动物卵细胞在重新“注核”后,更难启动细胞的重编程程序。这是灵长类动物在克隆过程中的另一大难关。据中科院神经科学研究所所长蒲慕明院士介绍,此次克隆猴成功,正是凭借中国科研人员对细胞“去核”“注核”技术不懈完善,以及对细胞重编程的有效控制。
蒲慕明院士认为,克隆猴最重要的科学价值就在于能大大促进人类脑疾病的研究和治疗。灵长类动物有别于哺乳类动物如羊、牛等,它们的基因与人类较为接近,因而灵长类动物克隆对人类疾病治疗有直接帮助。此前,克隆猪的成功推动了异体器官移植(如将猪的心脏移植到人身上)的探索和研究,但脑疾病的机理研究和药物研发,极需要有一种模拟人类疾病的非人灵长类动物模型。在现代药物分析中,药物在临床实验之前都会通过动物模型检测药物的代谢和效果。虽然动物模型最常用的是小鼠,但美国食品药品监督管理局(FDA)认为小鼠和人差异较大,所以研究机构多用猕猴作为最接近人的动物模型来进行药物筛选。每年约有7—8万只猕猴被用于药物检测,这不仅费用昂贵,又在伦理上备受争议,因此现在很多医药公司选择用狗、猪等动物代替猕猴,这种方法只对某些疾病研究有效,对脑疾病,如阿尔茨海默病(老年性痴呆)的研究则没有太大的帮助。20多年来,针对人类脑疾病的药物,不是效果不明显就是副作用很大。现在,有了克隆猴技术,就能产生一批基因背景趋同的“疾病模型猴”,最大限度控制个体差异等变量,使得药物试验能使用少量动物得到更精确的结论,这将极大推动相关疾病治疗技术的发展进步。
(从左至右依次为蒲慕明院士,孙强研究员,刘真博士)
此外,从长远看,克隆猴技术对脑连接图谱绘制工程有着巨大的科学意义。蒲慕明院士介绍,脑连接图谱(即大脑结构里所有连接的结构)绘制是一个备受世界瞩目的工程。在二十世纪末的十年计划中,人类基因组希望把人类DNA中的顺序全部描绘出来。由于每个人的基因都存在变异、差异,所以在测序时都需要使用两男两女的白细胞,使所得基因序列结果可以统一。除了上述的“疾病模型猴”需要统一的猴品系外,脑连接图谱绘制时还需要有基因背景一样的“工具克隆猴”,它能实现标记某一类神经细胞,追踪其神经连接,也能最大程度排除基因差异造成的大脑结构性状不一,提高图谱绘制实验的精确度。相信在克隆猴技术的助推下,全脑介观神经连接图谱的全貌能早日揭开。
二、克隆猴技术在科学伦理领域作出中国贡献
目前世界广为接受的“动物福利”基本要素包括“五大自由”:不受饥渴的自由、生活舒适的自由、不受痛苦伤害和疾病折磨的自由、无恐惧感和悲伤感的自由及表达天性的自由。然而在实验动物身上,人类很难同时兑现“五大自由”,其“福利”的损害在研究中往往难以避免。在动物痛苦与科研需求之间,目前广获认同的平衡点是“3R原则”,即减少(Reduction)、优化(Refinement)、替代(Replacement)。“减少”就是尽可能地减少实验中所用动物的数量,提高实验动物的利用率和实验的精确度;“优化”就是减少动物的精神紧张和痛苦,比如采用麻醉或其他适当的实验方法;“替代”就是不再利用活体动物进行实验,而是以单细胞生物、微生物或细胞、组织、器官甚至电脑模拟来替代。“3R原则”已被包括中国在内的世界各国普遍采用,并被许多国家列入了保护动物的法律及修正案中。
由于克隆猴技术能够帮助建立可有效模拟人类疾病的动物模型,人们担心随着克隆猴需求量的不断加大,在操作过程中会引发一些伦理问题。针对公众的担忧和议论,中科院神经科学研究所非人灵长类研究平台孙强主任结合其团队对克隆猴的培育过程,提出了自己的看法。首先,不同于实验小鼠经过20代以上的近亲繁殖,能实现较小的基因差异,之前用以实验的野生猕猴遗传背景不同,无法通过近亲繁殖来减少个体基因差异,必须有大量样本才能得到有意义的数据。所以如果使用克隆猴做实验,不仅可以最大程度避免其他基因背景造成的误差,更能大量减少猕猴使用的数量,这完全符合“3R原则”要求,也是克隆猴技术重要的伦理意义所在。其次,就克隆猴项目本身而言,这项研究已经通过了由中科院神经科学研究所内、外部专家和社会人士组成的生命科学伦理委员会的审查。再次,在动物管理上,克隆猴研究团队严格遵循国际实验动物评估和认可委员会(国际实验动物饲养评估认证协会)认证(AAALAC)的要求。例如,由于动物取卵手术需要符合月经周期,如果为方便观察猴的月经,把猴子饲养在空间狭窄的单笼里是最好的选择,但这不符合“动物福利”,会造成实验猴精神的压抑,身体健康状况也会下降。所以在建设研究平台时,就将猴子以10-12只为群组饲养在22—28平米的房间内,房间南向有落地窗,既注重室内采光,又注意防止实验猴遭受暴晒。由于猴子比较灵活,一开始在配合兽医进行月经周期检查和注射给药方面比较困难,但经过训练后,猴子和兽医逐渐建立较为亲密的关系,会主动配合处置。此外,在实验手术中一般采取创面较小的腹腔镜手术,麻醉、手术后动物恢复较快。虽然以上措施给科研人员带来成倍的工作量,但中国克隆猴研究团队在对待实验动物时恪守人道主义精神,运用了多种方式来实现实验伦理,所有的举措都满足科学伦理的要求。正是由于研究团队对科研的严谨细致,对生命的热爱尊重,才使得克隆猴体现的伦理意义能够进一步推动克隆猴的技术进步,并为世界相关领域研究作出表率。
(图片来源于新华网)
三、克隆猴技术与克隆人并无直接关联
自我国克隆猴研究成果公布后,很多报道都提到克隆猴作为人类近亲的科研意义,更有网友直呼“克隆人时代已经来临”。针对网络上盛传“克隆猴、克隆动物是克隆人的‘垫脚石’”的观点,蒲慕明院士和孙强主任均提出了自己的见解。
蒲慕明院士表示,体细胞克隆猴的成功说明灵长类动物克隆在技术上已经打通,人类虽然也属于灵长类动物的一种,但科研团队并不会考虑进行克隆人领域的研究,相关的伦理规范也不会允许克隆人计划。针对公众对克隆人研究的高度关切,蒲慕明院士一再强调,克隆猴研究的初衷是掌握体细胞克隆猴技术,使用体细胞在动物体外进行基因编辑,产生基因型完全相同的大批胚胎,研制大批遗传背景相同的“疾病模型猴”来进行医疗手段的研发。所以克隆猴的目的归根结底是为人类健康服务,而不是为克隆人计划作铺垫。
针对网友的相关言论,孙强主任表示公众的忧虑可以理解,但实际上克隆猴与克隆人并没有直接联系。主要有以下原因:第一,克隆猴的目的是提升实验动物的质量和有效性,最终希望用它们做模型解决人类疾病问题。公众的误解可能来自于猴与人在进化上的紧密联系,但是相近的概念并不是等同。第二,从科学角度讲,两者在生物学上是不同的物种,克隆猴跟克隆人技术是完全不同的研究领域和方向。第三,科学家都会遵循伦理的约束。科学和伦理相辅相成,科学会加深人们对伦理概念的认识,伦理也能促进科学的健康发展,两者平衡发展、相得益彰、相互促进,使人类世界在科学和伦理的共同帮助下,变得更加美好。
四、中国应在世界科学伦理领域主动争取更多话语权
多年来,生物科学研究领域的伦理话语权一直被西方国家主导,我国学者对生物伦理的研究大都以西方国家的研究为基础,如今我国在体细胞克隆猴技术上取得重大创新,将对提升中国在克隆领域的伦理话语权产生有利影响。
孙强主任表示,当前中国活跃在实验动物领域的一线科学家们在科学伦理方面发声较少,导致中国在国际科学伦理领域话语权有所缺失。作为中国科研人员,在做好科研工作的同时,理应积极主动地参与国际科学伦理的讨论,向外界发出中国科学伦理的声音。而且,中国也需要有一定声望的科学家或有影响力的协会组织牵头,搭建与其他国家交流的国际平台。同时,中国科学家也应该通过媒体等渠道,主动与公众进行对话交流,使我国的最新研究成果得到公众的理解和支持,从而为科学研究创造更好的舆论环境。
(图片来源于新华网)
蒲慕明院士强调,动物保护的伦理标准,全世界科学家是有共识的,神经所是完全遵守的。但是前沿科学领域研究所涉及的伦理问题,全世界科学家并未形成共识,中国科学家应更加主动参与前沿科学领域国际伦理规则的制定,积极探索在不同国家社会文化背景下寻求新的伦理标准共识。比如在人工智能伦理标准的制定上,对于“Privacy”和“Identity”的理解和定义,发展中国家和发达国家有着较大的差异。此外,西方国家把自己的伦理标准强加给其他国家的现象并不鲜见。全国政协原副主席、中国科协名誉主席韩启德院士曾指出,科学精神的精髓包含“求真、唯实、奉献”,在这一点上,中外科学界是一致的。未来,围绕世界共同的价值追求,中国科学家应当在前沿科学的伦理领域、在凝聚人类的共同价值上为世界作出更多的贡献。
动物体细胞一般都已是高度分化的,很难再形成单独个体,而生殖细胞里的细胞质尚未分化,所以只有将细胞核注入卵细胞才可以完成克隆。另外卵细胞是动物体内正常细胞中最大的,可以提供充足的营养。
由此造成的现象就是,虽然克隆体大部分特征都由母体的细胞核决定,但卵细胞中也存在少量的遗传物质,如线粒体中的DNA、卵细胞中原先转录的RNA等,因此会影响一部分特征,虽然不明显,但足以体现出与供核体的微小差异。
什么叫做克隆?
新手机的是一件非常高兴的事,但也会遇到一个麻烦,以往从旧手机换到新机需要很一段时间的过渡,因为我们要把旧手机上的通讯录一个个的在新手机上建起来,至于以前拍的图还有原来手机的上的APP估计都得重新开始了。
克隆技术
这种以单细胞培养出来的克隆动物,具有与单细胞供体完全相同的特征,是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”和“克隆猴”。克隆技术的成功,被人们称为“历史性的事件,科学的创举”。有人甚至认为,克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。克隆技术可以...
关于克隆的资料
实际上,“多莉”的克隆在核移植技术上沿袭了胚胎细胞核移植的全部过程,但这并不能减低“多莉”的重大意义,因为它是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物,是克隆技术领域研究的巨大突破。这一巨大进展意味着:在理论上证明了,同植物细胞一样,分化了的动物细胞核也具有全能性,在分化过程中细胞核中...
克隆是什么东西
目前胚胎细胞核移植克隆的动物有小鼠、兔、山羊、绵羊、猪、牛和猴子等。在中国,除猴子以外,其他克隆动物都有,也能连续核移植克隆山羊,该技术比胚胎分割技术更进一步,将克隆出更多的动物。因胚胎分割次数越多,每份细胞越少,发育成的个体的能力越差。体细胞核移植克隆的动物只有一个,就是“多利”羊。 三、克隆...
关于克隆的知识
1986年,英国科学家魏拉德森用胚胎细胞克隆出一只羊,以后又有人相继克隆出牛、鼠、兔、猴等动物。这些克隆动物的诞生,均是利用胚胎细胞作为供体细胞进行细胞核移植而获得成功的。 而克隆绵羊“多利”是用乳腺上皮细胞(体细胞)作为供体细胞进行细胞核移植的,它翻开了生物克隆史上崭新的一页,突破了利用胚胎细胞进行核...
克隆技术
目前胚胎细胞核移植克隆的动物有小鼠、兔、山羊、绵羊、猪、牛和猴子等。在中国,除猴子以外,其他克隆动物都有,也能连续核移植克隆山羊,该技术比胚胎分割技术更进一步,将克隆出更多的动物。因胚胎分割次数越多,每份细胞越少,发育成的个体的能力越差。体细胞核移植克隆的动物只有一个,就是“多利”羊。 三、克隆...
什么是克隆?
而多莉的克隆在核移植技术上也沿袭了胚胎细胞核移植的全部过程,但这并不能减低“多莉”的重大意义,因为它是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物,是克隆技术领域研究的巨大突破。这一巨大进展意味着:在理论上证明了,同植物细胞一样,分化了的动物细胞核也具有全能性,在分化过程中细胞核中的遗传...
写一篇关于克隆人的科幻作文 500字以上 阐明观点 利与弊
克隆一个生物体意味着创造一个与原先的生物体具有完全一样的遗传信息的新生物体。细胞核几乎含有生命...其特点就在于它与为它提供遗传物质的供97年2月23日,英国苏格兰罗斯林研究所的科学家宣布,他们的研究...绵羊、猴子和牛等动物没有人工操作是不能进行无性繁殖的。——因此,高中一些练习题里将扦插排除在“...
克隆时用的供体细胞和卵细胞需要是来自同一种动物的吗?
蒲慕明院士指出,中国科研人员通过不懈努力,完善了“去核”和“注核”技术,有效控制了细胞重编程过程。克隆猴的最大科学价值在于其能显著促进人类脑疾病的研究和治疗。由于灵长类动物基因与人类相似,克隆灵长类动物对人类疾病治疗具有直接帮助。此外,克隆技术对于绘制脑连接图谱也具有重要意义。二、克隆...
利用“克隆人”作为器官供体合不合乎人道?是否合法?经济是否合算?_百度...
这种以单细胞培养出来的克隆动物,具有与单细胞供体完全相同的特征,是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”和“克隆猴”。克隆技术的成功,被人们称为“历史性的事件,科学的创举”。有人甚至认为,克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。克隆技术可以...
梁辰欣舒: 克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖,以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群. 细胞核移植技术,就是将供体细胞核移入除去核的卵母细胞中,使后者不经过精子穿透等有性过程即无性繁殖即可被激活、分裂并发育成新个体,使得核供体的基因得到完全复制. 以上来自百度百科. 简单的用克隆羊多莉来说,就是将羊乳腺细胞的细胞核取出,放入去除细胞核的卵细胞中(这部分技术是细胞核移植技术),然后将细胞放入动物的子宫使其生长,最后形成克隆羊克隆羊多莉.这完整的过程称为克隆.细胞和抑制技术是克隆过程的一环,也是很重要的一环.
洞口县18842119006: 我要一些有关克隆的知识或文章 - ?
梁辰欣舒: 由于细胞核几乎含有生命的全部遗传信息,宿主卵母细胞将发育成为在遗传上与核供体相同的生物体.线粒体DNA这里虽然没有被移植,但相对来讲线粒体DNA还是很少的,取而代之的是从被克隆生物体细胞中取出的细胞核,通常卵母细胞和它移入的细胞核均应来自同一物种.在体细胞核移植中,卵母细胞核被除去克隆一个生物体意味着创造一个与原先的生物体具有完全一样的遗传信息的新生物体.在现代生物学背景下,这通常包括了体细胞核移植
洞口县18842119006: 克隆人辩论会 (我是正方一辩) - ?
梁辰欣舒: 首先,你得向别人表达你方的观点,例如:我方认为克隆人……(说克隆人 的优点,尽可能完善,多收集资料,别让对方在接下来的自由辩论中有机可 乘).然后按照标准程序,你要向反方一辩提问,提问要有利于自己,让对方 感到不好否定,如:要是不发展克隆人技术……(多查有关克隆人技术对人 类的贡献).之后主持人或反方一辩向你提问,冷静应对.回答后你就解放了.祝你好 运!
洞口县18842119006: 美国科学家克隆猴子与英国科学家克隆羊,在技术上有什么不同? - ?
梁辰欣舒: 哺乳动物的克隆技术基本上是一样的.都是将体细胞的细胞核一直到去核的卵子中,将卵子激活,能够有丝分裂,然后移植到雌性的子宫中.
洞口县18842119006: 关于克隆 - ?
梁辰欣舒: 克隆的基本过程是先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后,再被植入动物子宫中使...
洞口县18842119006: 什么叫做克隆?
梁辰欣舒: 克隆是英文clone的音译,简单讲就是一种人工诱导的无性繁殖方式.但克隆与无性繁殖是不同的.无性繁殖是指不经过雌雄两性生殖细胞的结合、只由一个生物体产生后代的生殖方式,常见的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖.由植物的根、...
洞口县18842119006: 怎样克隆生物 - ?
梁辰欣舒: 有只克隆羊叫多利,她是由一只羊提供除去细胞核的乳腺细胞,然后把另一只羊的细胞核放进去,经过化学处理,放进第3只羊的子宫里,长出的羊完全像提供细胞核的羊,克隆其他生物也是如此
洞口县18842119006: 关于克隆动物的问题 - ?
梁辰欣舒: 美国科学家宣布他们采用了与克隆“多莉”绵羊截然不同的方法克隆成功一只恒河短尾猴. “多莉”使用的是细胞核转移技术————将一个成熟细胞的细胞核与一个未受精卵结合,这种方法克隆的动物并不是100%的复制,因为它包括了细胞...
洞口县18842119006: 有ABCDEF六名好友测量身高;B说他比A高11厘米,C说他比D矮1厘米,E说他比B高2厘米,F说他比B矮7厘米(继续 - ?
梁辰欣舒: A:155, B:166.C:159.D:160.E:168.F:159 A+11=B B+2=E C+1=D F+1=D F+7=B 可推得A最矮,将A=155代入就可得出,B:166.C:159.D:160.E:168.F:159