克隆

克隆

克隆(英語:Clone)在廣義上是指利用生物技術由無性生殖產生與原個體有完全相同基因組織後代的過程。在園藝學上,克隆是指通過營養生殖產生的單一植株的後代,很多植物都是通過克隆這樣的無性生殖方式從單一植株獲得大量的子代個體。在生物學上,是指選擇性地復製出一段DNA序列(分子克隆)、細胞(細胞克隆)或是個體(個體克隆)。

  • 中文名稱
    克隆
  • 外文名稱
    clone
  • 性質
    生物植物
  • 意指
    生物體與體細胞
  • 來源
    希臘的“klone”

定義

定義一

克隆通常是一種人工誘導的無性生殖方式或者自然的無性生殖方式(如植物)。一個克隆就是一個多細胞生物在遺傳上與另外一種生物完全一樣。

1963 年J.B.S.Haldane在題為“人類種族在未來二萬年的生物可能性”的演講上採用“克隆 (Clone)”的術語。科學家把人工遺傳操作動物繁殖的過程叫“克隆”,這門生物技術叫“克隆技術”,其本身的含義是無性繁殖(中國大陸的翻譯),即由同一個祖先細胞分裂繁殖而形成的純細胞系,該細胞系中每個細胞的基因彼此相同。

克隆羊多利克隆羊多利

克隆也可以理解為復製、拷貝和翻倍(港澳台的意譯),就是從原型中產生出同樣的復製品,它的外表及遺傳基因與原型完全相同,但大多行為 思想不同。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後代群體也叫“無性繁殖系”,簡稱無性系。簡單講就是一種人工誘導的無性繁殖方式。但克隆與無性繁殖是不同的。克隆是指人工操作動物繁殖的過程,無性繁殖是指:不經過兩性生殖細胞的結合由母體直接產生新個體的生殖方式,常見的有孢子生殖、被子生殖出芽生殖和分裂生殖。

由植物的根、莖、葉等經過壓條、扦插或嫁接等方式產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行無性繁殖的。——因此,高中一些練習題裏將扦插排除在“克隆”之外。另外,花葯離體培養成單倍體,不受精的卵細胞孤雌發育成個體如雄蜂雄蟻,叫做單性繁殖,嚴格來說也不算克隆。而試管嬰兒由于有受精過程所以也不屬于克隆。科學要求嚴謹,定義非常關鍵,有時候概念的內涵和外延變化了,我們大部分人還使用舊有的內容,這樣就造成了混淆和混亂。

克隆羊多利是克隆的產物。關于克隆的構想,中國明代的大作家吳承恩在《西遊記》中已有精彩的描述——孫悟空經常在緊要關頭拔一把猴毛變出一大群猴子,這當然是神話,但用今天的科學名詞來講就是孫悟空能迅速將自己身體的一部分克隆成自己。從理論上講,猴子毛含有的蛋白質是指導該部分毛發合成的DNA的部分表達(與其內含子和外顯子有關),可以進行逆轉錄,也就是可以克隆,但是事實上,我們的技術沒有先進到這樣的地步。

另外一種克隆方法是提取兩個或多個人的基因細胞進行組合形成胚胎,出生後的克隆人將有提供基因的幾個人的特征。

由于克隆技術是無性生殖所以它並不是根據基因重組、基因突變、染色體變異等原理而發明的技術。

雖然克隆很神奇,但是它誘人的地方也就是它最危險的地方。

簡單地說,克隆的定義就是:不經過兩性細胞結合而直接繁衍後代,就叫無性繁殖,也稱克隆。

定義二

克隆,是指通過無性生殖而產生的遺傳上均一的生物群,即具有完全相同的遺傳組成的一群細胞或者生物的個體。克隆在希臘語中是“小樹枝葉”的意思,用以指無性增殖物。現在則指個體、細胞、基因等不同水準上的無性增殖物。(1)個體水準:在植物的無性增殖中,植物的發芽、插條等由同一個體通過無性生殖而成長的個體群均被視為克隆。採用組織培養方法可使植物細胞培養發育成完全的個體(愈傷組織),採用這種方法得到的具有相同基因型的個體群,也被稱為克隆;在動物的無性增殖中,典型的例子是採用核移植實驗方法,把分化細胞的核移植到一個事先去核的蛙卵中,讓其發育並得到克隆蛙。

克隆羊“多莉”克隆羊“多莉”

克隆動物具有均一遺傳性質,在研究環境條件對發育、分化的影響以及葯物的檢測方面都是重要的實驗材料。在哺乳動物中,由于細胞分化,核異質化的程度加劇,因此核移植尚無成功的例子。(2)細胞水準:由一個細胞經過有絲分裂生成的細胞群叫克隆。但如果培養細胞發生轉化,則很容易引起染色體變異。(3)基因水準:利用基因重組操作技術,使特定的基因與載體結合,在細菌等宿主中進行增殖,有可能得到均勻的基因群。克隆基因在基因功能與精細結構的關系等基礎研究及在有用物質的生產方面,均已得到套用。

在上述3種水準上,增殖並分離獲得單一的克隆群稱為克隆化。此時,克隆一詞也可作為動詞理解。克隆是重組DNA技術的核心部分。事實上,克隆技術現已被人們用來通過營養方式繁殖病毒等微生物和植物的純種,從而保證了這些生物基因組的準確連續性。現在,克隆這個詞還包括單個自主遺傳因子的分離與儲存。細胞生物的克隆隻需要營養培養基,而基因的克隆則需要某種載體復製子、特定的寄主細胞和營養培養基。各種類型生物的克隆技術在生物工程中均有其重要作用。

種類

1.由同一個祖先細胞分裂繁殖而形成的純細胞系(每個基因彼此相同)。

2.先將含有遺傳物質的供體細胞的核移植到去除了細胞核的受體卵細胞中,利用微電流刺激等使兩者融合為一體。(與提供細胞者基因相同)

發展

先將含有遺傳物質的供體細胞的核移植到去除了細胞核的卵細胞中,利用微電流刺激等使兩者融合為一體,然後促使這一新細胞分裂繁殖發育成胚胎,當胚胎發育到一定程度後,再被植入動物子宮中使動物懷孕,便可產下與提供細胞核者基因相同的動物。這一過程中如果對供體細胞進行基因改造,那麽無性繁殖的動物後代基因就會發生相同的變化。

克隆克隆

克隆技術不需要雌雄交配,不需要精子和卵子的結合,隻需從動物身上提取一個單細胞,用人工的方法將其培養成胚胎,再將胚胎植入雌性動物體內,就可孕育出新的個體。這種以單細胞培養出來的克隆動物,具有與單細胞供體完全相同的特征,是單細胞供體的“復製品”。英國英格蘭科學家和美國俄勒岡科學家先後培養出了“克隆羊”多利和“克隆猴”。克隆技術的成功,被人們稱為“歷史性的事件,科學的創舉”。有人甚至認為,克隆技術可以同當年核子彈的問世相提並論。

克隆技術可以用來生產“克隆人”,可以用來“復製”人,因而引起了全世界的廣泛關註。對人類來說,克隆技術是悲是喜,是禍是福?唯物辯證法認為,世界上的任何事物都是矛盾的統一體,都是一分為二的。克隆技術也是這樣。如果克隆技術被用于“復製”像希特勒之類的戰爭狂人,那會給人類社會帶來什麽呢?即使是用于“復製”普通的人,也會帶來一系列的倫理道德問題。如果把克隆技術套用于畜牧業生產,將會使優良牲畜品種的培育與繁殖發生根本性的變革。若將克隆技術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症、艾滋病等頑疾。克隆技術猶如原子能技術,是一把雙刃劍,劍柄掌握在人類手中。人類應該採取聯合行動,避免“克隆人”的出現,使克隆技術造福于人類社會。

發展階段

克隆的歷史
年代1952197219781996199820002001
成果克隆蝌蚪基因復製試管嬰兒克隆羊大批克隆克隆猴克隆人

克隆技術又稱為“生物放大技術”,它經歷了三個發展時期:第一個時期是微生物克隆時期,即用一個細菌可以很快復製出成千上萬個和它一模一樣的細菌,從而變成一個細菌群;第二個時期是生物技術克隆時期,比如用遺傳基因一DNA進行克隆;第三個時期是動物克隆時期,即由一個細胞克隆成一個動物。克隆綿羊“多莉”就是由一頭母羊的體細胞克隆而來,使用的便是動物克隆技術。

在自然界,有不少植物生來就具有克隆本能,如番薯、馬鈴薯、玫瑰等能夠進行插枝繁殖的植物。而動物的克隆技術,則經歷了由胚胎細胞到體細胞的發展過程。

克隆羊克隆羊

一些無脊椎動物(蟲類、某些魚類、蜥蜴和青蛙)未受精的卵也可以在某些特定環境下,比如受到化學刺激的條件下,成長並發育成完整個體。這一過程也被稱為是產卵雌性的克隆。

早在20世紀50年代,美國的科學家以兩棲動物和魚類作為研究對象,首創了細胞核移植技術,這可以比做“狸貓換太子”。其基本過程是先將含有遺傳物質的供體細胞的核移植到去除了細胞核的卵細胞中,利用微電流刺激等手段使兩者融合為一體,然後促使這一新細胞分裂繁殖發育成胚胎,當胚胎發育到一定程度後(羅斯林研究所克隆羊用了約為6天的時間),再被植入動物子宮中使動物懷孕便可產下與提供細胞者基因相同的動物。在這一過程中如果對供體細胞進行基因改造,那麽無性繁殖的動物後代基因就會發生相同的變化。培育成功三代克隆鼠的“火奴魯魯技術”與克隆多利羊技術的主要區別在于,克隆過程中的遺傳物質不經過培養液的培養,而是直接用物理方法註入卵細胞裏面。這一過程中採用化學刺激法代替電刺激法來促使卵細胞的融合。1986年,英國科學家魏拉德森用胚胎細胞克隆出一隻羊,以後又有人相繼克隆出牛、鼠、兔、猴等動物。這些克隆動物的誕生,均是利用胚胎細胞作為供體細胞進行細胞核移植從而獲得成功的。這種克隆技術的難度要小一些,比較適合研究。

而克隆綿羊“多利”是用乳腺上皮細胞(體細胞)作為供體細胞進行細胞核移植的,它翻開了生物克隆史上嶄新的一頁,突破了利用胚胎細胞進行核移植的傳統方式,使克隆技術有了長足的進展。多利完全繼承了其親生母親一體細胞提供者一多塞特母綿羊的全部DNA的基因特征,是多塞特母綿羊百分之百的“復製品”。

早期研究

同一克隆的所有成員的遺傳構成是完全相同的,例外僅見于有突變發生時。自然界早已存在天然植物、動物和微生物的克隆,例如:同卵雙胞胎實際上就是一種克隆。然而,天然的哺乳動物克隆的發生率極低,成員數目太少(一般為兩個),且缺乏目的性,所以很少能夠被用來為人類造福,因此,人們開始探索用人工的方法來生產高等動物克隆。這樣,克隆一詞就開始被用作動詞,指人工培育克隆動物這一動作。

目前,生產哺乳動物克隆的方法主要有胚胎分割和細胞核移植兩種。克隆羊“多利”,以及其後各國科學家培育的各種克隆動物,採用的都是細胞核移植技術。所謂細胞核移植,是指將不同發育時期的胚胎或成體動物的細胞核,經顯微手術和細胞融合方法移植到去核卵母細胞中,重新組成胚胎並使之發育成熟的過程。與胚胎分割技術不同,細胞核移植技術,特別是細胞核連續移植技術可以產生無限個遺傳相同的個體。由于細胞核移植是產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。

採用細胞核移植技術克隆動物的構想,最初由漢斯·施佩曼在1938年提出,他稱之為“奇異的實驗”,即從發育到後期的胚胎(成熟或未成熟的胚胎均可)中取出細胞核,將其移植到一個卵子中。這一構想是現在克隆動物的基本途徑。

從1952年起,科學家們首先採用青蛙開展細胞核移植克隆實驗,先後獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年,中國童第周教授領導的科研組,首先以金魚等為材料,研究了魚類胚胎細胞核移植技術,獲得成功。 1964年,英國科學家格登(J.Gurdon)將非洲爪蟾未受精的卵用紫外線照射,破壞其細胞核,然後從蝌蚪的體細胞——個上皮細胞中吸取細胞核,並將該核註入核被破壞的卵中,結果發現有1.5%這種移核卵分化發育成為正常的成蛙。格登的試驗第一次證明了動物的體細胞核具有全面性。哺乳動物胚胎細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·霍佩用鼠胚胎細胞培育出發育正常的小鼠。

1984年,施特恩·維拉德森用取自羊的未成熟胚胎細胞克隆出一隻活產羊,其他人後來利用牛、豬、山羊、兔和獼猴等各種動物對他採用的實驗方法進行了重復實驗。1989年,維拉德森獲得連續移核二代的克隆牛。1994年,尼爾·菲爾斯特用發育到至少有120個細胞的晚期胚胎克隆牛。到1995年,在主要的哺乳動物中,胚胎細胞核移植都獲得成功,包括冷凍和體外生產的胚胎;對胚胎幹細胞或成體幹細胞的核移植實驗,也都做了嘗試。但到1995年為止,成體動物已分化細胞核移植一直未能取得成功。

克隆羊“多利”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胞克隆羊“多利”培育成功之前,胚胎細胞核移植技術已經有了很大的發展。實際上,“多利”的克隆在核移植技術上沿襲了胚胎細胞核移植的全部過程,但這並不能減低“多利”的重大意義,因為它是世界上第一例經體細胞核移植出生的動物,是克隆技術領域研究的巨大突破。這一巨大進展意味著:在理論上證明了,同植物細胞一樣,分化了的動物細胞核也具有全能性,在分化過程中細胞核中的遺傳物質沒有不可逆變化;在實踐上證明了,利用體細胞進行動物克隆的技術是可行的,將有無數相同的細胞可用來作為供體進行核移植,並且在與卵細胞相融合前可對這些供體細胞進行一系列復雜的遺傳操作,從而為大規模復製動物優良品種和生產轉基因動物提供了有效方法。

在理論上,利用同樣方法,人可以復製“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的。因此,“多莉”的誕生在世界各國科學界、政界乃至宗教界都引起了強烈反響,並引發了一場由克隆人所衍生的道德問題的討論。各國政府有關人士、民間紛紛作出反應:克隆人類有悖于倫理道德。盡管如此,克隆技術的巨大理論意義和實用價值促使科學家們加快了研究的步伐,從而使動物克隆技術的研究與開發進入一個高潮。

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,隨後,有關克隆動物的報道接連不斷。1997年3月,即公布“多莉”培育成功後近1個月的時間裏,美國、中國台灣和澳大利亞科學家分別發表了他們成功克隆猴子、豬和牛的訊息。不過,他們都是採用胚胎細胞進行克隆,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胞克隆出世界上第一頭帶有人類基因的轉基因綿羊“波莉”(Polly)。這一成果顯示了克隆技術在培育轉基因動物方面的巨大套用價值。

克隆狗克隆狗

1998年7月,美國夏威夷大學Wakayama等報道,由小鼠卵丘細胞克隆了27隻成活小鼠,其中7隻是由克隆小鼠再次克隆的後代,這是繼“多利”以後的第二批哺乳動物體細胞核移植後代。此外,Wakayama等人採用了與“多利”不同的、新的、相 對簡單的且成功率較高的克隆技術,這一技術以該大學所在地而命名為“檀香山技術”。

此後,美國、法國、荷蘭和韓國等國科學家也相繼報道了體細胞克隆牛成功的訊息;日大學部學家的研究熱情尤為驚人,1998年7月至1999年4月,東京農業大學、近畿大學、家畜改良事業團、地方(石川縣、大分縣和鹿兒島縣等)家畜試驗場以及民間企業(如日本最大的奶商品公司雪印乳業等)紛紛報道了,他們採用牛耳部、臀部肌肉、卵丘細胞以及初乳中提取的乳腺細胞克隆牛的成果。至1999年底,全世界已有6種類型細胞——胎兒成纖維細胞、乳腺細胞、卵丘細胞、輸卵管/子宮上皮細胞、肌肉細胞和耳部皮膚細胞的體細胞克隆後代成功誕生。

2000年6月,中國西北農林科技大學利用成年山羊體細胞克隆出兩隻“克隆羊”,但其中一隻因呼吸系統發育不良而早夭。據介紹,所採用的克隆技術為該研究組自己研究所得,與克隆“多利”的技術完全不同,這表明中國科學家也掌握了體細胞克隆的尖端技術。

2012年3月18日凌晨,中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所胚胎工程與繁殖技術室在昌平試驗牛場通過剖腹產,獲得體細胞克隆公牛1頭,母牛妊娠期279天,牛犢出生重58.2千克,目前生理指標一切正常。經北京華大方瑞鑒定中心鑒定,該克隆後代與細胞來源的供體公牛DNA一致。這是我國首次採用無透明帶克隆方法獲得的荷斯坦種公牛體細胞克隆後代,也是第三例荷斯坦種公牛體細胞克隆公牛。

在不同種間進行細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的科學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胞核相結合。雖然這些胚胎都流產了,但它對異種克隆的可能性作了有益的嘗試。1999年,美國科學家用牛卵子克隆出珍稀動物盤羊的胚胎;中國科學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有可能成為保護和拯救瀕危動物的一條新途徑。

克隆的步驟:

1. 獲得待克隆的DNA片段(基因);

2.目的基因與載體在體外連線;

3. 重組DNA分子導入宿主細胞;

4. 篩選、鑒定陽性重組子;

5. 重組子的擴增與/或表達。

套用前景

奇妙的克隆技術已展示出廣闊的套用前景,概括起來大致有以下四個方面:

1.培育優良畜種和生產實驗動物;

2.生產轉基因動物;

3.生產人胚胎幹細胞用于細胞和組織替代療法;

4.復製瀕危的動物物種,儲存和傳播動物物種資源。

以下就生產轉基因動物和胚胎幹細胞作簡要說明。

轉基因動物研究是動物生物工程領域中最誘人和最有發展前景的課題之一,轉基因動物可作為醫用器官移植的供體、作為生物反應器,以及用于家畜遺傳改良、建立疾病實驗模型等。但目前轉基因動物的實際套用並不多,除單一基因修飾的轉基因小鼠醫學模型較早得到套用外,轉基因動物乳腺生物反應器生產葯物蛋白的研究時間較長,已進行了10多年,但目前在全世界範圍內僅有2例葯品進入3期臨床試驗,5~6個葯品進入2期臨床試驗;而其農藝性狀發生改良、可資畜牧生產套用的轉基因家畜品系至今沒有誕生。轉基因動物製作效率低、定點整合困難所導致的成本過高和調控失靈,以及轉基因動物有 性繁殖後代遺傳性狀出現分離、難以保持始祖的優良勝狀,是製約當今轉基因動物實用化進程的主要原因。

克隆灰狼克隆灰狼

體細胞克隆的成功為轉基因動物生產掀起一場新的革命,動物體細胞克隆技術為迅速放大轉基因動物所產生的種質創新效果提供了技術可能。採用簡便的體細胞轉染技術實施目標基因的轉移,可以避免家畜生殖細胞來源困難和低效率。同時,採用轉基因體細胞系,可以在實驗室條件下進行轉基因整合預檢和性別預選。在核移植前,先把目的外源基因和標記基因(如LagZ基因和新酶素抗生基因)的融合基因導入培養的體細胞中,再通過標記基因的表現來篩選轉基因陽性細胞及其克隆,然後把此陽性細胞的核移植到去核卵母細胞中,最後生產出的動物在理論上應是100%的陽性轉基因動物。採用此法,Schnieke等(Bio Report,1997)已成功獲得6隻轉基因綿羊,其中3隻帶有人凝血因子IX基因和標記基因(新酶素抗性基因),3隻帶有標記基因,目的外源基因整合率高達50%。Cibelli(Science,1997)同樣利用核移植法獲得3頭轉基因牛,證實了該法的有效性。由此可以看出,當今動物克隆技術最重要的套用方向之一,就是高附加值轉基因克隆動物的研究開發。

胚胎幹細胞(ES)是具有形成所有成年細胞類型潛力的全能幹細胞。科學家們一直嘗試誘導各種幹細胞定向分化為特定的組織類型,來替代那些受損的體內組織,比如把產生胰島素的細胞植入糖尿病患者體內。科學家們已經能夠使豬ES細胞轉變為跳動的心肌細胞,使人ES細胞生成神經細胞和間充質細胞和使小鼠ES細胞分化為內胚層細胞。這些結果為細胞和組織替代療法開闢了道路。目前,科學家已成功分離到人ES細胞(Thomson等1998,Science),而體細胞克隆技術為生產患者自身的ES細胞提供了可能。把患者體細胞移植到去核卵母細胞中形成重組胚,把重組胚體外培養到囊胚,然後從囊胚內分離出ES細胞,獲得的ES細胞使之定向分化為所需的特定細胞類型(如神經細胞,肌肉細胞和血細胞),用于替代療法。這種核移植法的最終目的是用于幹細胞治療,而非得到克隆個體,科學家們稱之為“治療克隆”。

克隆技術在基礎研究中的套用也是很有意義的,它為研究配子和胚胎發生,細胞和組織分化,基因表達調控,核質互作等機理提供了工具。

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“多利“的實驗中,融合了277枚移植核的卵細胞,僅獲得了“多莉”這一隻成活羔羊,成功率隻有0.36%,同時進行的胎兒成纖維細胞和胚胎細胞的克隆實驗的成功率也分別隻有1.7%和1.1%,即使是使用“檀香山”技術,以分化程度較低的卵丘細胞為核供體,其成功率也隻有百分之幾。

此外,生出的部分個體表現出生理或免疫缺陷。以克隆牛為例,日本、法國等國培育的許多克隆牛在降生後兩個月內死去;到2000年2月,日本全國已共有121頭體細胞克隆牛誕生,但存活的隻有64頭。觀察結果表明,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準;有些牛犢的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常發育;克隆動物胎兒普遍存在比一般動物發育快的傾向,這些都可能是死亡的原因。

即使是正常發育的“多利”,也被發現有早衰跡象。染色體的末端被稱為端粒,它決定著細胞能夠分裂的次數:每一次分裂端粒都會縮短,而當端粒耗盡後細胞就失去了分裂能力。1998年,科學家發現“多利”的細胞端粒比正常的要短,即其細胞處于更衰老的狀態。當時認為,這可能是用成年綿羊的細胞克隆“多利”造成的,使其細胞具有成年細胞的印記,但這一解釋目前受到了挑戰,美國馬薩諸塞州醫生羅伯特·蘭扎等用培養的衰老細胞克隆牛,得到6頭小牛,出生5~10個月後發現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。現在還不清楚這一現象的原因,也不清楚為何與“多利“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胞的分子鍾,使其“恢復青春”,關于這種變化對克隆動物壽命的影響,還有待于進一步觀察。

除了以上的理論和技術障礙外,克隆技術(尤其是在人胚胎方面的套用)對倫理道德的沖擊和公眾對此的強烈反應也限製了克隆技術的套用。但幾年來克隆技術的發展表明,世界各科技大國都不甘落後,誰也沒有放棄克隆技術研究。這一點上英國政府的態度非常具有代表性,在1997年2月底宣布中止對“多莉”研究小組投資後不到1個月,英國科技委員會就對克隆技術發表專題報告,表明英國政府將重新考慮這一決定,認為盲目禁止這方面的研究並不是明智之舉,關鍵在于建立一定的規範利用它為人類造福。

一個細菌經過20分鍾左右就可一分為二;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,一年內就能長出數百株草莓苗……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大來繁衍後代,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生的雄性細胞(精子)與母方產生的雌性細胞(卵子)融合(受精)成受精卵(合子),再由受精卵經過一系列細胞分裂長成胚胎,最終形成新的個體,這種依靠父母雙方提供性細胞、並經兩性細胞融合產生後代的繁殖方法就叫有性繁殖,但是,如果我們用外科手術將一個胚胎分割成兩塊,四塊、八塊……最後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(也叫克隆)。

1979年春,中國科學院武漢水生生物研究所的科學家用鯽魚囊胚期的細胞進行人工培養,經過385天59代連續傳代培養後,用直徑10微米左右的玻璃管在顯微鏡下從培養細胞中吸出細胞核,在此同時,除去鯽魚卵細胞的核,讓卵細胞留出空間作好接納囊胚細胞核的準備,一切備妥後,把玻璃管吸出的核移放到空出位置的鯽魚卵細胞內,得到了囊胚細胞核的卵細胞在人工培養下大部分夭亡了,在189個這種換核卵細胞中,隻有兩個孵化出了魚苗,而最終隻有一條幼魚渡過難關,經過80多天培養後長成8釐米長的鯽魚。這種鯽魚並沒有經過雌、雄細胞的結合,僅僅是給卵細胞換了個囊胚細胞的核,實際上是由換核卵產生的,因此也是克隆魚。

在克隆鯽魚出現之前,英國牛津大學的科學家已經在1960年和1962年,先後用非洲一種有爪的蟾蜍(非洲爪蟾)進行過克隆試驗。試驗方式是先用紫外線照射爪蟾卵細胞,破壞其中的核,然後依靠高超的外科手術從爪蟾蝌蚪的腸上皮細胞、肝細胞、腎細胞中取出核,並把這些細胞的核精確地放進已被紫外線破壞了細胞核的卵細胞內,經過精心照料,這些換核卵中終于有一部分長出了活蹦亂跳的爪蟾,這種爪蟾也不是經過精細胞和卵細胞州結合產生的,所以也是克隆爪蟾。

中國著名生物學家童第周先生在1978年成功地進行了黑斑蛙的克隆試驗,他將黑斑蛙的紅細胞的核移人事先除去了核的黑斑蛙卵中,這種換核卵最後長成能在水中自由遊泳的蝌蚪。

魚類換核技術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家激動不已,既然鯽魚的囊胚細胞核取代鯽魚卵細胞核後能得到克隆魚,那麽異種魚換核能否得到新的雜種魚呢?中國科學家首先提出了這個問題,也首先解決了這個問題,就是培養克隆鯽魚成功的那個研究所,設法把鯉魚胚胎細胞的核取代了鯽魚卵細胞的核。鯉魚細胞核和鯽魚卵細胞質居然能相安無事,並開始了類似受精卵分裂發育的過程,最後長出有“胡須”的“鯉鯽魚”,這種魚有“胡須”,生長快,完全像鯉魚,但它的側線鱗片數和脊椎骨的數目與鯽魚相同,而且魚味鮮美不亞于鯽魚。這種人工克隆新魚種的出現為魚類育種開闢了新途徑。

對科學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家把目光投向了哺乳類。美國和瑞士的科學家率先從灰色小鼠的胚胎細胞中取出細胞核,用這個核取代黑色小鼠受精卵細胞核。實際上,這個黑色小鼠的受精卵在精細胞核剛進入卵細胞後,就把精細胞核連同卵細胞的核一起除去。灰鼠胚胎細胞的核移人黑色小鼠的去核受精卵後,在試管裏人工培養了四天,然後再把它植人白色小鼠的子宮內、經幾百次灰、黑、白這樣的操作以後,白色小鼠終于生下了三隻小灰鼠。

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:經過247次失敗之後,他們在前年7月得到了一隻名為“多利”的克隆雌性綿羊。

“多利”綿羊是如何“創造”出來的呢?威爾莫特等學者先給“蘇格蘭黑面羊”註射促性腺素,促使它排卵,得到卵之後,立即用極細的吸管從卵細胞中取出核,與此同時,從懷孕三個月的“芬多席特”六齡母羊的乳腺細胞中取出核,立即送入取走核的“蘇格蘭黑面羊”的卵細胞中,手術完成之後,用相同頻率的電脈沖刺激換核卵,讓“蘇格蘭黑面羊”的卵細胞質與“芬多席特”母羊乳腺細胞的核相互協調,使這個“組裝”細胞在試管裏經歷受精卵那樣的分裂、發育而形成胚胎的過程,然後,將胚胎巧妙地植人另一隻母羊的子宮裏。到去年7月,這隻“護理”體外形成胚胎的母羊終于產下了小綿羊“多莉”。“多莉”不是由母羊的卵細胞和公羊的精細胞受精的產物,而是“換核卵”一步一步發展的結果,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去的是體細胞的核,而不是胚胎細胞核。這個結果證明:動物體中執行特殊功能、具有特定形態的所謂高度分化的細胞與受精卵一樣具有發育成完整個體的潛在能力。也就是說,動物細胞與植物細胞一樣,也具有全能性。

克隆技術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。一隻母羊就好比一座製葯廠,用什麽辦法能最有效、最方便地使這種羊擴大繁殖呢?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?答案當然還是“克隆”。

母馬配公驢可以得到雜種優勢特別強的動物——騾,騾不能繁殖後代,那麽,優良的騾如何擴大繁殖?最好的辦法也是“克隆”,中國的大熊貓是國寶,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、研究免疫學、研究人的壽命等都有不可低估的作用。

不可否認,“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行培養,然後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“克隆人”的討論提醒人們,科技進步是一首悲喜交集的進行曲。科技越發展,對社會的滲透越廣泛深入,就越有可能引起許多有關的倫理、道德和法律等問題。我想用諾貝爾獎得主,著名分子生物學家J.D.沃森的話來結束本文:“可以期待,許多生物學家,特別是那些從事無性繁殖研究的科學家,將會嚴肅地考慮它的含意,並展開科學討論,用以教育世界人民。”

克隆技術

規範幹細胞和克隆技術研究 本報記者曾偉報道:克隆人離我們隻有一步之遙,如何讓克隆技術不是給人們出難題,而是在人類可以控製的範圍內最大限度地造福人類?昨日,本報記者採訪了北京大學幹細胞研究中心首席科學家李凌松教授。

李教授說:“目前公認的國際規範有三點,一是堅決反對克隆人,二是不能將人的精原細胞與動物雜交,三是對用于實驗的胚胎幹細胞來源要進行限製並作出具體規定。在中國相關規定和法律沒有出台之前,我們的研究將按照國際規範行事。”

“對于一些國際規範模糊不清的‘灰色區域’,不同國家做法也不一樣,比如信奉基督教的英國人規定,體外授精14天後的受精卵不得用于實驗,而以色列則沒有這樣的規定,對于這些‘灰色區域’,我們要根據自己的國情具體分析。”

據了解,目前,雖然國際上普遍對克隆人即生殖性克隆持反對態度,但對治療性克隆,也就是利用克隆技術獲得人類幹細胞以用于對病變組織和器官進行替代治療,則基本認同。但專家認為,目前能用于臨床的治療性克隆技術尚處于細胞替代性治療階段,真正克隆出可用于移植的人類組織和器官,現在還為時尚早。

“幹細胞和克隆研究需要相當的技術、先進的設備和良好的道德基礎,”李教授強調說,“涉及這個領域的研究機構必須具備相當的實力和資質,否則很容易造成失控。”

據悉,目前,一個由國家有關部門召集、有生物學家和倫理學家參與的專家小組正在對中國幹細胞及克隆技術研究現狀進行評議,一個旨在規範中國幹細胞和克隆技術研究的“審查委員會”正在醞釀之中。

理性發展方向

新華網華盛頓12月11日電(新華社記者吳偉農)每當出現重大克隆進展時,各種警告和反對聲便不絕于耳。最近美國先進細胞技術公司宣布通過克隆製造出了人類胚胎之後,批評言論又是不斷。對于克隆技術研究,人們應該一分為二地看待這個問題,以促進克隆技術的安全使用和健康發展。

不妨先回顧一下先進細胞技術公司的成果:這家公司研究人員將人類體細胞的遺傳物質與去除了遺傳物質的人卵細胞空殼融合,然後誘導融合後的細胞發育:研究人員得到3個早期胚胎,其中兩個發育到4細胞階段,另一個至少發育到6細胞階段。由于這證明人體單個細胞的遺傳物質能被誘導發育成為幼胚胎,克隆人在技術上離現實可謂一步之遙。

爭論由此而生。批評者說,因為它用一個單親製造了人類的開端,這一進展在倫理道德上是危險的。反對者說,即使不為克隆人,為獲取幹細胞而破壞克隆胚胎的做法也是不道德的。但先進細胞技術公司的科學家稱,他們的目標不是製造克隆人,而是為了開發人類疾病的治療方法,其工作是“正義的”。

克隆動物

包括細胞核移植在內的現代克隆技術已經成功地在一些物種上進行實驗(依時間排序):

1952年,羅伯特·布裏格斯和托馬斯·J·金成功地克隆了北方豹蛙:35完整的胚胎和27蝌蚪104個核克隆成功。

鯉魚

1963年,中國科學家童第周將一隻雄性鯉魚DNA插入來自雌性鯉魚的卵成功克隆了一隻雌性鯉魚。但由于相關論文是發表在一本中文科學期刊,並沒有翻譯成英文,所以並不為國際上所知曉。

綿羊

1996年,多利羊

1998年,Cumulina,夏威夷大學

日本茨城縣茨城市的理化學研究所理研研究小組,團隊召集人是小倉淳郎,從老鼠的尾巴採1滴血液,利用白細胞的核來復製動物,將來或許可運用于復製其他動物。

獼猴

2000年1月,Tetra,雌性

2000年3月,5隻蘇格蘭PPL小豬;8月,Xena,雌性。

2013年1月30日,台灣成功復製迷你豬。中華民國國家科學委員會今30日公布,由台灣3所學術機構共同花了3年時間,成功改良新式的胚復製技術“手工卵子分切復製技術”,已復製出兩胎花斑迷你豬,其中1隻已成功繁衍後代,顯示技術已達成熟階段,豬隻現由竹南動科所飼養。

2001年,Alpha和Beta,雄性

2001年底,CopyCat(CC),雌性

2003年3、4月,分別在法國和朝鮮獨立地實現;

2003年5月,愛達荷Gem,雄性;6月,猶他先鋒,雄性

鹿

2003年,Dewey

2003年,Prometea,雌性

2005年,韓國首爾大學實驗隊,史納

2015年,中國天津克隆工廠,該公司已經克隆了550隻狗。

灰狼

2007年,韓國首爾大學動物克隆研究組,Snuwolf和Snuwolffy,雄性

盡管動物的克隆技術研究取得了很大進展,目前的成功率還是相當低的:多利出生之前研究人員經歷了276次失敗的嘗試;70隻小牛的出生則是在9000次嘗試後才獲得成功,並且其中的三分之一在幼年時就死了;Prometea 也是花費了328次嘗試才成功出生。而對于某些物種,例如猩猩,目前還沒有成功克隆的報導。而狗的克隆實驗,也是經過數百次反復試驗再得來的成果。

低成功率可能是克隆囊胚滋養外胚層存在的重編程異常細胞是克隆胚胎發育失敗的原因,但這種觀點還存在很多爭議。

中國發展

1965年生物學家童第周對鯉魚、鯽魚進行細胞核移植。

1990年西北農業大學畜牧所克隆一隻山羊。

1992年江蘇農科院克隆一隻兔子。中科院克隆了一隻青蛙。(實驗失敗)

1993年中科院發育生物學研究所與揚州大學農學院攜手合作,克隆一隻山羊。

1995年1.華南師範大學與廣西農業大學合作,克隆一頭奶牛和黃牛的雜種牛。2.西北農業大學畜牧所克隆六頭豬。

1996年1.湖南醫科大學人類生殖工程研究所克隆六隻老鼠。中國農科院畜牧所克隆一頭公牛。 

2015年11月25日,,天津建立全球最大的“克隆工廠”,克隆各種寵物犬,優質肉牛等等,該公司已經克隆了550隻狗。

反對克人

2001年11月28日,美國先進細胞技術公司宣布該公司次用克隆技術培育出人體胚胎細胞,在世界各地引起軒然大波,反對之聲此起彼伏。

克隆人克隆人

雖然該公司稱他們的目的不是克隆人,而是利用克隆技術治療疾病,但還是遭到眾多批評。美國前總統布希表示,百分之百反對任何形式的人類克隆。美國國會參議員則稱,將會很快通過法案禁止所有克隆研究。巴西德國義大利等國和歐盟的發言人也均對此發表反對意見,認為科學研究不應超過倫理界限,有必要加強立法。

不過,美國參議院多數黨領袖達施勒的態度比較中立,他建議國會應該把生殖性的克隆實驗和治療性的克隆區分開來。

世界上第一頭克隆羊“多利”的創造者之一維爾穆特贊同這一建議。維爾穆特一直反對克隆人,他認為,先進技術細胞公司更可能是出于商業目的,而不是技術上的考慮,從科學成就上來說,他們取得的不過是個小突破。

在科學界內,不少生物學家對這一做法則嗤之以鼻,認為這一實驗結果沒有科學意義,而且是對生物倫理的嚴重挑釁。法國國家農藝學研究所動物克隆專家讓·保羅·勒納爾表示, 先進細胞技術公司所使用的方法實際上就是克隆多利羊的方法,而且美國科學家僅獲得含有6個細胞的人類早期胚胎遠不能滿足需要。

美國賓夕法尼亞大學生物倫理學家麥吉博士甚至懷疑先進細胞技術公司宣布的真實性,因為實驗的很多細節還沒有公開。

對中國而言,製定一套既符合國際準則又適合國情的生物倫理規範才是關鍵。2001年中國第一個人類胚胎幹細胞研究倫理指導大綱已經在滬起草完畢。在20條的指導大綱中有明確的規定:為提高疾病治療水準、攻克疑難雜症,積極支持我國科學家開展幹細胞技術研究。但前提是遵循五大基本原則:行善和救人、尊重和自主、無傷和有利、知情和同意、謹慎和保密。

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