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        克隆簡(jiǎn)史:從不缺少爭(zhēng)議

        2018-02-08 00:27:12蒲琳
        新民周刊 2018年6期
        關(guān)鍵詞:多莉克隆人細(xì)胞核

        蒲琳

        目前,已被克隆的高等物種有20多種,其中克隆牛和鼠誕生于1997年,和人類相近的獼猴“泰特拉”在1999年,被美國(guó)科學(xué)家利用胚胎分裂的方式克隆成功,克隆豬出現(xiàn)于2000年,克隆兔、騾子、鹿和馬則在2003年成功,克隆狗、果蠅在2005年誕生,2009年,克隆駱駝在迪拜誕生。

        都知道咱們的“美猴王”孫悟空擅長(zhǎng)“七十二變”,拔一把毫毛,念一句咒語(yǔ)“變”,即可變成千百只小猴與妖怪打斗,讓眾路神仙羨慕不已。在吳承恩創(chuàng)作《西游記》五百年后,一群熱衷于探索生命發(fā)育的科學(xué)家讓孫悟空的“超能力”變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí),一種被稱為“克隆”的神奇技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生命的復(fù)制。

        “克隆”一詞早在1903年便被引入園藝學(xué),之后逐漸應(yīng)用于植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)和醫(yī)學(xué)等方面。廣泛意義上的“克隆”非常普遍,幾乎每個(gè)人都曾在日常生活中見(jiàn)過(guò),只是沒(méi)叫它“克隆”而已。比如,春天里,人們剪下植物枝條,扦插到土里,不久就會(huì)發(fā)芽,長(zhǎng)出新的植株,這些植株是遺傳物質(zhì)組成完全相同的植株;還有將馬鈴薯等植物的塊莖切成許多小塊進(jìn)行繁殖……所有這些都是植物的無(wú)性繁殖,或稱為“克隆”。在動(dòng)物界當(dāng)然也有無(wú)性繁殖,不過(guò)多見(jiàn)于非脊椎動(dòng)物,如原生動(dòng)物的分裂繁殖、尾索類動(dòng)物的出芽生殖等。

        但對(duì)于高級(jí)動(dòng)物,在自然條件下,一般只能進(jìn)行有性繁殖,所以要使其進(jìn)行無(wú)性繁殖,科學(xué)家必須經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的操作程序,即現(xiàn)在人們常說(shuō)的“克隆”——在分子生物學(xué)上主要是指DNA的復(fù)制,在細(xì)胞學(xué)上指培養(yǎng)一群同基因組的細(xì)胞,在動(dòng)物學(xué)上指獲得同基因組的生物個(gè)體。

        而這一科學(xué)的靈感最早來(lái)源于一縷剛出生的嬰兒頭發(fā)。

        一縷頭發(fā)與“細(xì)胞重編程”

        一縷新生嬰兒的頭發(fā),在發(fā)育生物學(xué)和核移植動(dòng)物克隆研究的歷史上扮演了非常重要的角色。

        20世紀(jì)二三十年代,著名的德國(guó)發(fā)育生物學(xué)家漢斯·斯皮曼(Hans Spemann)設(shè)計(jì)了一個(gè)精巧的實(shí)驗(yàn)。他利用嬰兒的頭發(fā)完成了試驗(yàn)過(guò)程。第一步,他用這縷頭發(fā)把一個(gè)兩棲類動(dòng)物的早期受精卵從中間巧妙地系起來(lái),形成一個(gè)啞鈴形狀,受精卵的細(xì)胞質(zhì)部分保持連通狀態(tài),但細(xì)胞核不可以通過(guò),結(jié)果是,有細(xì)胞核的這一部分可以發(fā)育成一個(gè)正常的個(gè)體,而沒(méi)有細(xì)胞核這部分不能繼續(xù)發(fā)育,這個(gè)結(jié)果說(shuō)明在早期胚胎發(fā)育過(guò)程里,細(xì)胞核是決定性的因素、具有決定個(gè)體發(fā)育所需的重要物質(zhì)。

        試驗(yàn)的第二步是在胚胎發(fā)育到十六細(xì)胞時(shí)把頭發(fā)絲的環(huán)松開(kāi)一點(diǎn),讓有細(xì)胞核一端的細(xì)胞核進(jìn)入到另一端的細(xì)胞質(zhì)中,然后再把頭發(fā)絲環(huán)系起來(lái),結(jié)果發(fā)絲兩邊各自發(fā)育成兩個(gè)正常的個(gè)體。這一步又說(shuō)明,至少在十六細(xì)胞的時(shí)候,每一個(gè)細(xì)胞核還具有發(fā)育成一個(gè)個(gè)體的能力,這類似于人的多卵或同卵的多胞胎。但在完成這個(gè)試驗(yàn)之后會(huì)產(chǎn)生一種疑問(wèn),再往后發(fā)育的胚胎細(xì)胞是不是還具有發(fā)育能力,比如從皮膚或頭發(fā)取來(lái)的一個(gè)細(xì)胞,能不能再變成一個(gè)個(gè)體,這是一個(gè)很重要的科學(xué)問(wèn)題。

        1938年,斯皮曼建議用成年的細(xì)胞核植入卵子的辦法進(jìn)行哺乳動(dòng)物克隆。

        隨后,各國(guó)科學(xué)家爭(zhēng)相利用多個(gè)物種對(duì)克隆發(fā)起了挑戰(zhàn)。1952年,德國(guó)科學(xué)Briggs和King等,首先采用青蛙開(kāi)展細(xì)胞核移植克隆實(shí)驗(yàn),先后獲得了蝌蚪和成體蛙。1958年,英國(guó)科學(xué)家約翰·格登(J.Gurdon)將非洲爪蟾未受精的卵用紫外線照射,破壞其細(xì)胞核,然后從蝌蚪的體細(xì)胞——場(chǎng)上皮細(xì)胞中吸取細(xì)胞核,并將該核注入核被破壞的卵中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)有1.5%這種移核卵分化發(fā)育成為正常的成蛙。格登的實(shí)驗(yàn)首次證明了動(dòng)物的體細(xì)胞核具有發(fā)育成完整生命個(gè)體的能力,揭開(kāi)了細(xì)胞生物學(xué)的新篇章。

        著名生物學(xué)家童第周則是中國(guó)在這一領(lǐng)域的先驅(qū)。1963年,他應(yīng)用細(xì)胞核移植技術(shù),把金魚(yú)的細(xì)胞核移植到去細(xì)胞核的角皮魚(yú)卵內(nèi),發(fā)現(xiàn)移核后幼魚(yú)的早期性狀似乎是根據(jù)細(xì)胞質(zhì)的。隨后,他將鯉魚(yú)細(xì)胞核移植到去細(xì)胞核的鯽魚(yú)受精卵內(nèi),并獲得了成功。這是我國(guó)科學(xué)家在細(xì)胞核移植領(lǐng)域做出的重要貢獻(xiàn)。

        英國(guó)和中國(guó)等國(guó)在上世紀(jì)80年代后期先后利用胚胎細(xì)胞作為供體,“克隆”出了哺乳動(dòng)物。如1984年,斯蒂恩·威拉德森用胚胎細(xì)胞克隆出一只羊,這是第一例得到證實(shí)的克隆哺乳動(dòng)物。到了上世紀(jì)90年代中期,中國(guó)已用此種方法“克隆”了老鼠、兔子、山羊、牛、豬5種哺乳動(dòng)物。

        多莉的身世之謎

        1997年2月23日,英國(guó)蘇格蘭羅斯林研究所的科學(xué)家宣布,他們的研究小組利用山羊的體細(xì)胞成功地“克隆”出一只基因結(jié)構(gòu)與供體完全相同的小羊“多莉”(Dolly),世界輿論隨即為之嘩然?!稌r(shí)代》雜志稱其為“世界上最出名的羊”。

        究其原因,此前其他克隆動(dòng)物的遺傳基因來(lái)自胚胎,且都是用胚胎細(xì)胞進(jìn)行的核移植,不能嚴(yán)格地說(shuō)是“無(wú)性繁殖”。而“多莉”的基因組,全都來(lái)自單親,它沒(méi)有父親,卻有三個(gè)“母親”。一只母羊(Scottish Blackface羊)是卵細(xì)胞的供體,一只母羊(Finn-Dorset羊)是細(xì)胞核(DNA)的供體——由于提供了遺傳物質(zhì),它才是真正的“母親”,最后一只母羊(Surrogate羊)則是最接近“母親”的——它孕育了多莉的胚胎細(xì)胞,并產(chǎn)下多莉。因此,從嚴(yán)格的意義上說(shuō),“多莉”才是世界上第一只真正克隆出來(lái)的哺乳動(dòng)物。

        據(jù)了解,研究小組最初的研究目的是為了利用動(dòng)物的產(chǎn)奶系統(tǒng)來(lái)制造治療性蛋白質(zhì)藥物。然而,這個(gè)想法隨著廉價(jià)的化學(xué)合成物的崛起而落空。據(jù)一些業(yè)內(nèi)人士估計(jì),培育出多莉的開(kāi)銷(不包括之前的基礎(chǔ)研究,如細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù))在50萬(wàn)-75萬(wàn)美元左右。盡管技術(shù)的進(jìn)步帶來(lái)了成本的降低,如今克隆牲畜的花費(fèi)仍在10萬(wàn)美元以上。endprint

        最終,在經(jīng)歷277次核移植,產(chǎn)生29個(gè)胚胎,放入13個(gè)代孕母羊后,有且只有多莉幸運(yùn)地出生了。

        然而,十分不幸的是,多莉只在這個(gè)世界停留了6年半(綿羊的壽命一般在12年左右)。2003年2月14日,由于長(zhǎng)期罹患肺部感染和嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎,研究人員為了減輕它的痛苦,被迫為它實(shí)行了安樂(lè)死。多莉死后,研究人員還發(fā)現(xiàn)它患有一種被稱作Jaagsiekte的肺癌——這是一種在綿羊中很常見(jiàn)的癌癥。但是,研究人員并不認(rèn)為,多莉患有多種疾病,與它的克隆羊身份有關(guān)。此外,從1998年起,多莉共有三次生育,產(chǎn)生6個(gè)后代。

        在一些科學(xué)家看來(lái),多莉帶來(lái)最大的影響,莫過(guò)于對(duì)干細(xì)胞研究的促進(jìn)作用。因干細(xì)胞研究而獲得2012年諾貝爾獎(jiǎng)的中山伸彌表示,正是多莉的誕生,促使他投身干細(xì)胞研究,并最終獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。他在郵件中寫道:“多莉的故事告訴了我,即使在哺乳動(dòng)物中,細(xì)胞核重編程(reprogramming)也是可行的。這鼓勵(lì)了我開(kāi)始自己的項(xiàng)目。”他的研究利用重編程手段(與多莉的細(xì)胞重編程的技術(shù)是相同的),使成體細(xì)胞回歸到干細(xì)胞的狀態(tài),即誘導(dǎo)全能干細(xì)胞(iPS)。正是中山彌伸的這項(xiàng)技術(shù),奠定了現(xiàn)代干細(xì)胞研究的基礎(chǔ)。

        威爾穆特也表示,如果沒(méi)有多莉的研究基礎(chǔ),iPS技術(shù)“至少要再花20年”。飛速發(fā)展的干細(xì)胞研究,不僅可以推動(dòng)基礎(chǔ)研究的進(jìn)步,還可以為治療疾病提供新的方法,這對(duì)于醫(yī)療來(lái)說(shuō),無(wú)疑是巨大的飛越。

        當(dāng)然,多莉的誕生更證明了克隆高等動(dòng)物的可行性,它們還能正常生活和生育。

        爭(zhēng)議聲中發(fā)展

        目前,已被克隆的高等物種有20多種,其中克隆牛和鼠誕生于1997年,和人類相近的獼猴“泰特拉”在1999年,被美國(guó)科學(xué)家利用胚胎分裂的方式克隆成功,克隆豬出現(xiàn)于2000年,克隆兔、騾子、鹿和馬則在2003年成功,克隆狗、果蠅在2005年誕生,2009年,克隆駱駝在迪拜誕生。

        值得注意的是,中國(guó)科學(xué)家也曾利用體細(xì)胞核移植技術(shù)成功獲得多種克隆動(dòng)物,其中騾子、大鼠和雪貂均為國(guó)際上首次報(bào)道,為體細(xì)胞核移植的機(jī)理研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這些在動(dòng)物克隆領(lǐng)域的研究成果也讓我國(guó)科學(xué)家在生命科學(xué)研究領(lǐng)域首次站在了世界科研舞臺(tái)上。

        但每一項(xiàng)具有跨時(shí)代意義的新科技,都在爭(zhēng)議中成長(zhǎng),克隆也不能例外。多莉就曾引發(fā)科學(xué)界及民間關(guān)于倫理道德的廣泛討論。這一次,作為與人類最為相近的非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物,猴的體細(xì)胞克隆技術(shù)突破,更加令人浮想聯(lián)翩,疑慮重重。

        作為科幻倫理電影的常用素材,“克隆人”可謂是長(zhǎng)盛不衰。比如,站在本體視角的《第六日》,講述克隆人取代本體的陰謀故事;又如,站在克隆人視角的《逃出克隆島》,克隆人淪為本體的器官農(nóng)場(chǎng),奮起反抗。這些設(shè)定都出現(xiàn)在未來(lái),克隆人像吃了金坷垃一樣瘋長(zhǎng),無(wú)視生長(zhǎng)規(guī)律,剛出生就跟本體長(zhǎng)得一模一樣。

        日本影片《潘多拉:永恒的生命》則相對(duì)比較樸素。片中,主角使用的手段是現(xiàn)實(shí)中已經(jīng)存在的科技,仿佛就發(fā)生在身邊。這也使得影片更加富有現(xiàn)實(shí)意義,陰暗的結(jié)局叫人脊背發(fā)涼。從人工合成的“受精卵”在母體著床,到出生長(zhǎng)大,克隆人新兒幾乎和普通小朋友毫無(wú)差別。正是新兒和正常人類幾乎一樣的成長(zhǎng)設(shè)定,使本體鈴木成為無(wú)限接近神之境界的天才,也使片尾新兒的黑化更加驚心動(dòng)魄。

        理查德·道金斯寫過(guò)一本著名的科普讀物《自私的基因》,將生命的本質(zhì),定義為DNA盡可能自我復(fù)制的本能。這種本能受到自然選擇的控制,使基因無(wú)法百分百?gòu)?fù)制自我,產(chǎn)生豐富多樣的變化。這種不可控的自然旨意,有時(shí)也被等同于神的旨意。而人類借助科學(xué)的力量違背自然規(guī)律,譬如實(shí)現(xiàn)克隆,被視作瀆神的行為,終將產(chǎn)生不容于世的惡果。由此,很多文學(xué)創(chuàng)作、科幻電影等,都從批判和擔(dān)憂的角度,看到克隆人的社會(huì)負(fù)面后果。

        但人們?nèi)匀缓闷妫嚎寺∪穗x我們還有多遠(yuǎn)?“中中”和“華華”的研究者中科院孫強(qiáng)研究員近日給出權(quán)威答案:克隆人類,從理論上和技術(shù)上是可行的,但是從目前的道德倫理上是不可能的。

        早在1998年,美國(guó)農(nóng)業(yè)部法案就禁止了克隆人。即使有人突破了技術(shù)障礙并且不顧道德法律束縛,考慮到高昂的研究成本(包括招募人類志愿者),也難以承受這樣一筆上百萬(wàn)美元的研究經(jīng)費(fèi)。

        在道德和法律的雙重約束下,人類漸漸掌握了克隆技術(shù)的正確打開(kāi)方式,克隆技術(shù)也越來(lái)越接近每個(gè)人的生活。

        在園藝業(yè)和畜牧業(yè)中,克隆技術(shù)是選育遺傳性質(zhì)穩(wěn)定的品種的理想手段,通過(guò)它可以培育出優(yōu)質(zhì)的果樹(shù)和良種家畜。

        在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,目前美國(guó)、瑞士等國(guó)家已能利用“克隆”技術(shù)培植人體皮膚進(jìn)行植皮手術(shù)。這一新成就避免了異體植可能出現(xiàn)的排異反應(yīng),給病人帶來(lái)了福音??寺〖夹g(shù)可用來(lái)大量繁殖許多有價(jià)值的基因,如治療糖尿病的胰島素、有希望使侏儒癥患者重新長(zhǎng)高的生長(zhǎng)激素和能抗多種疾病感染的干擾素等等。

        近幾年來(lái),隨著科學(xué)的發(fā)展,克隆的應(yīng)用更加廣泛并開(kāi)始走向商業(yè)。2009年,一種已滅絕的庇里牛斯山羊(Pyrenean ibex)被克隆成功,這是人類第一次將已滅絕的物種克隆出來(lái),雖然它僅活了7分鐘,但為滅絕動(dòng)物的再生打開(kāi)了一扇亮窗。

        2014年,深圳華大基因報(bào)道稱,每年生產(chǎn)500只克隆豬,成功率在70%-80%,但遭到了來(lái)自科學(xué)以及公眾方面的強(qiáng)大壓力。

        2015年,一家中國(guó)公司計(jì)劃每年生產(chǎn)10萬(wàn)頭克隆牛,用于滿足市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)牛的需求,同樣地,該計(jì)劃遭到了眾人的猛烈批評(píng),認(rèn)為不具可操作性。

        結(jié)合目前熱門的基因編輯技術(shù),2017年,一只基因編輯狗在另一家中國(guó)公司誕生。endprint

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