中国克隆羊是怎样产生的?我想了解中国克隆羊的克隆过程.

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中国克隆羊是怎样产生的?
我想了解中国克隆羊的克隆过程.

中国克隆羊是怎样产生的?我想了解中国克隆羊的克隆过程.
中国克隆羊成功诞生 可取代深海鱼油
来源： 中国青年报 作者：佚名 发布时间：2012-04-26 09:50:28浏览次数:15




从外表上看,刚出生一个月的绵羊“鹏鹏”实在称不上英俊.但这并不妨碍它的照片登上媒体,并且吸引了人们的目光.

4月16日,华大基因研究院向媒体宣布,由该研究院、深圳华大方舟与中国科学院遗传与发育生物学研究所、石河子大学生命科学学院联合开展的“农业部绵羊转基因新品种培育重大专项”取得了突破性的进展,第一只手工转基因克隆绵羊成功诞生.

身材矮小、毛色发黄的鹏鹏,集聚了中国科研人员的两项努力:手工克隆的技术降低了克隆的成本和难度,有利于进一步普及;转基因则有可能让羊不仅能产肉、产奶、产毛,体内还能合成深海鱼油中富含的不饱和脂肪酸Omega-3.

如果一切顺利的话,鹏鹏本身会因为这一特殊的基因而变得更加健康;而在今后,人类也有可能食用羊肉来代替昂贵的深海鱼油.

“这是一举两得的研究.”项目负责人、中科院遗传与发育生物学研究所马润林研究员说.

高中生也能做的克隆技术

在鹏鹏降生之前,它已经有一些“身世”相似的朋友了.哈佛医学院的一位华人教授曾经在2004年和2006年分别得到了转基因鼠和转基因猪;2008年,中国农业科学院做出了转基因克隆猪,两年后,内蒙古一位教授也做出了一只转基因克隆牛.

而这一回,科研人员把目光投向了羊.

为了选取合适的克隆对象,研究人员专门到新疆的一家羊场.在那里,他们根据羊场对每只羊性能和日常情况的记录,挑选了一只“肉质和毛都比较好”的公羊.工作人员在它的耳缘取下了细胞,作为克隆的“种子”.张鹏介绍说,这是因为耳缘的细胞好采集,“对羊的伤害也比较小”.

在正常的繁殖过程中,一只羊的诞生应当需要“父母双方”的努力.它们各自提供的精子和卵子携带父母双方半数的染色体,在受精的过程中进行基因组融合.这样小羊生出来就会“有些地方像爸爸,有些地方像妈妈”.

克隆产生的小羊鹏鹏却没有传统意义上的爸爸妈妈.它的产生过程就像制造一颗全新的“鸡蛋”:研究人员先准备好一颗卵子,像“取出鸡蛋的蛋黄”那样,把它承载遗传信息的细胞核清除掉.然后,再把绵羊体细胞的“蛋黄”——细胞核,塞回卵母细胞的蛋壳里.这颗全新的“鸡蛋”虽然来自两个不同的个体,但它的遗传基因,全部来自同一只羊.

1996年,英国科学家用这种方法培育出了世界上第一只克隆羊多利,在那之后很长的时间里,“克隆”都是一个很复杂的技术.困难的来源,是细胞外面的那层“蛋壳”.

在卵母细胞的外面,有一层坚韧的透明带,这种像胶质一样的“蛋壳”包裹着卵细胞,保护它在受精、发育的过程中不被破坏.但在克隆的过程里,“蛋壳”却令研究人员的操作难度大大增加.研究人员需要先把卵母细胞固定住,再用细细的针扎入卵母细胞的“蛋壳”,抽出里面的细胞核,然后,再从同一个小孔上,把供体细胞的细胞核塞回去.

为了完成这一系列精细的操作,研究人员需要成本高昂的显微操作仪把卵细胞放大100多倍,也需要长时间的培训、练习.但卵细胞的体积实在非常“迷你”,在穿透“蛋壳”的过程中,只要一不小心整个细胞就被扎穿了.

2003年,在丹麦奥胡斯大学攻读博士学位的杜玉涛突然接到邀请,去参加实验室一项克隆猪的研究.她觉得非常意外.

“我可是对克隆一窍不通的.”她当时对自己的导师说.

实验室正在尝试的,是一项全新的克隆技术.科研人员不再致力于精密地穿透“蛋壳”,而是换了个思考的角度:把蛋壳去掉怎么样?

在反复实验后,杜玉涛和她的同事们用一种特殊的酶溶掉了那层麻烦的“蛋壳”.坚固的“鸡蛋”只剩下了柔软的细胞质和细胞核,想要拿走“蛋黄”,也不再需要精密的针管,而只需要一片刀片.

如今,在这种被命名为“手工克隆”的技术里,昂贵的显微操作仪被换成了价格只有其1/10的普通显微镜.在放大40~50倍的镜头下,研究人员能够轻易地找到细胞核所在的区域.只需要用小刀片一切,“去核”的工作就完成了.

之后的工作,就是将另外一颗“蛋黄”放进去.研究人员把供体细胞的细胞核和卵母细胞的“蛋清”放在一起,并且用生物胶把它们粘起来.随后再用电击,让它们真正融合在一起.

“如果技术可以成熟运用,那克隆就会变成一件很简单的事.”杜玉涛说.2007年,从丹麦回国,加入华大基因研究院之后,杜玉涛把这一技术也带回了国内.过去几年,她和同事用这一方式成功地克隆了近一百头猪和牛.事实上,如今在华大的实验室里,一些参加夏令营的高中生在短暂的培训之后,都能尝试着进行操作.

吃肉有吃鱼的效果

当然,鹏鹏的诞生仍然不是一件简单的事情.最直接的问题是,绵羊只在春秋两季发情,因此,只有在这两个季节,研究人员才有可能抓紧时间,取到高质量的卵母细胞.

2010年10月,中国科学院遗传与发育生物学研究所博士张鹏第一次来到新疆的实验室里.这个临时被划出来的实验室没有过滤系统,也没有空气监控,他们放好仪器一看,能活动的空间只剩下三四平方米.

更严重的是,虽然10月的北京还是秋高气爽,但在新疆,天气已经非常寒冷,绵羊也不再发情了.张鹏和同事在那里摸索奋斗了两个月,也没有提取出合适的卵母细胞.

“没办法,只能摸着石头过河.”张鹏说.

来年春天,他们再一次来到新疆.这一回,天气慢慢变暖,他们也终于找到了合适的卵母细胞.在把绵羊“体细胞”引入卵母细胞的时候,科研人员还做了一项新的尝试:在细胞核里“拼贴”了一段基因,希望鹏鹏体内能够合成一种不饱和脂肪酸——Omega-3.

Omega-3是人体必需的一种脂肪酸,科学实验证实,如果Omega-3摄入不足,心脏病、糖尿病、关节炎、类风湿和一些癌症的发病率就会提高.长期以来,人类一直通过深海鱼油等食品来补充自己所需的Omega-3,而这一回,中国的科研人员希望找到另一种途径,让其他的生物也能合成这种稀缺的成分.

张鹏介绍说,尽管深海鱼油中富含Omega-3,但鱼类并不能合成这种物质,它们只是食用了大量含有Omega-3的海藻而已.事实上,高等动物都无法自己合成Omega-3——在进化的过程中,这个基因已经被丢掉了.

现在,科研人员希望能通过基因工程,让羊重新“捡回”这种功能.研究人员通过对低等动物线虫的克隆,得到了合成Omega-3的基因片段,并且把它改造成适合哺乳动物的表达.然后,再把它们转移到绵羊的基因组里.

马润林用“裁缝”来比喻自己的工作:“我们用工具酶将基因剪成一段一段,再把它们重新整合、组装,插入目标基因组里.”

事实上,这并不是中国科学家在这一领域的第一次尝试.早在2008年,研究人员就开始尝试着让克隆猪携带合成Omega-3的基因,并且在2010年获得了成功.如今,这些小猪仍然生活在广东惠东的猪场里.研究人员确认,与普通的猪相比,它们的肉里脂肪酸含量有所变化,Omega-3含量比较高,而过量摄入会危害健康的Omega-6含量则比较低.

马润林希望,这样的技术能够让人们不再依赖昂贵的深海鱼油,而是仅仅通过吃肉、喝奶,就能够补充原本稀缺的Omega-3.“这样可以减少对深海鱼的伤害,让遗传资源自身发挥作用.”他说.

转基因动物投入市场还需要很长的时间

在合成了克隆胚胎之后,张鹏和同事每天在实验室里观察,希望找到发育成囊胚的胚胎,因为只有形成囊胚之后,克隆胚胎才有发育成一个完整生命的可能.不过,在挺长一段时间里,张鹏每次都只能失望地回来.后来,他甚至已经不抱什么希望了.

夏天到来的时候,变化终于出现了.张鹏在实验室里突然发现了一个囊胚,他兴奋地马上打电话,给同事们汇报结果.

“我们非常高兴.”张鹏说,“这是一个标志性的成功:个体细胞有了发育成个体的能力,这是一个从无到有的过程.”

5个月的怀胎之后,张鹏和同事们在鹏鹏的预产期到来的时候,再一次来到新疆.不过,生产过程并没有想象中顺利,因为迟迟等不到分娩,研究人员最后给“代孕”的母羊做了剖腹产的手术.

当鹏鹏从母羊的肚子里被拿出来的时候,它一动不动,像死了一样.“又紧张又害怕”的工作人员一边拍它,一边给它擦去鼻子里的羊水,几分钟后,它才慢慢地动了起来.

如今,鹏鹏还在一个实验羊场里继续成长.张鹏说,鹏鹏能否自己合成Omega-3,还需要进一步的检测,但它身上的确携带上了那段被转入的基因.

“它100%是转基因动物.”张鹏说.

事实上,鹏鹏不仅是科学研究的产物,也是我国农业发展“战略储备项目”中的一个部分.国家农业部门专门出资支持,培育动物新品种,对生物技术进行战略储备.作为这个动物新品种培育项目的负责人,马润林说,现代生物科学技术发展的两个应用方向,一个是协助解决人类的粮食产品,另一个是协助解决人们的健康.鹏鹏这只转基因克隆羊,则同时具备两个方向的用途:一方面提高畜产品的质量和产量,另一方面提高人们的健康水平和抵抗力.

不过,这只羊也绕不开围绕着它“身世”的争论.无论是克隆还是转基因,都绕开了正常的繁殖过程,其安全性也一直受到公众的质疑.

“我们理解这种争议.”马润林说,“转基因生命可以为我们人类特定的目标服务,但它不会取代自然界的过程.我们没有太多机会战胜自然,因为自然界的选择是很完美的.”

如今在中国,克隆转基因动物的研发还在不断进行.杜玉涛介绍,他们曾经通过转基因的方式,使牛、羊分泌的乳汁也含有人乳的血清蛋白、乳体蛋白.这样,牛羊的乳腺就像一个合成蛋白的“小车间”,只要泌乳,就会不停地生产出这种蛋白.

更大规模的应用是对克隆猪展开的.研究人员将特定的基因转移到克隆猪的身上,使它们更容易患上糖尿病.这样,制药公司就能够更加便利地进行药物试验,推动治疗糖尿病药物的研发工作.

“这就是手工克隆的价值.”杜玉涛说.

至于即将满月的鹏鹏,研究人员还需要对它进行进一步的检测,一方面要严格测试它自身合成的Omega-3和其他物质是否安全,另一方面,也要检查新的基因是否会让它有什么不好的变化,比如更容易生病等等.

“我们吃下去的东西,会被消化为脂肪、蛋白质、糖类等各种营养物质,而不会作为基因在体内做任何功能表达.”马润林说,“如果这个物质本身没有毒,对环境和生物本身也没有毒性,那么人吃进去就是安全的.”

不过,目前看来,这些技术距离普通人的生活还相当遥远.杜玉涛认为,实验室的能力还不足以承担大规模的产业化生产.马润林和张鹏则从安全的角度考虑,要保证转基因动物做成的食品没有副作用、负效果,还需要很长时间的观察.

“我个人认为,转基因动物要投入市场还需要一段非常长的时间.”张鹏说.