羊多莉為什么沒有克隆,看下“多莉”的一生
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24年前的今天(1996年7月5日),“克隆羊”多莉誕生,這是一只通過現代工程創造出來的雌性綿羊,也是世界之初第一個成功克隆的人工動物。
克隆生物體是需要一個完整而復雜的操作體系的,以多利羊為例,研究人員先將一個綿羊卵細胞中的遺傳物質吸出去,使其變成空殼,然后從一只6歲的母羊身上取出一個乳腺細胞,將其中的遺傳物質注入卵細胞空殼中。
這樣就得到了一個含有新的遺傳物質但卻沒有受過精的卵細胞。這一經過改造的卵細胞分裂、增殖形成胚胎,再被植入另一只母羊子宮內,隨著母羊的成功分娩,“多利”來到了世界。
“多利”的基因組,全都來自單親,這才是真正的無性繁殖。因此,從嚴格的意義上說,“多利”是世界上第一個真正克隆出來的哺乳動物。
在蘇格蘭降生,從此拉開了克隆哺乳動物的序幕,各國對這項研究投入了龐大的經,。在那之后,隨著克隆鼠、克隆牛乃至各種克隆珍稀野生動物的步步突破,甚至我們的教科書都介紹了多莉羊的誕生。
然而從1996年到2020年,24年過去了,克隆技術卻越來越少出現在我們的視線,就連“多莉羊”之父威爾默特都宣布放棄克隆技術。
這究竟是為什么呢?其實我們從“多莉羊”的結局就可以看出。1996年7月5日,多莉羊誕生,然而2003年2月,多莉就不幸去世,僅存活了7歲,普通綿羊的壽命平均在12歲左右,這也意味著通過這樣的方式克隆出來的個體,很多會帶有先天疾病,畸形,一出生很早就會夭折。就連克隆多莉的研究人員也曾表示,多莉簡直就是個奇跡。
多利羊的誕生看似簡單,但是卻包括取卵方法、卵細胞保存環境、顯微操作方法、卵細胞激活方法、胚胎培養環境、胚胎移植方法等幾大模塊數十處技術細節,每一個技術細節都會對克隆生物造成未知影響。
當初研究人家曾通過克隆技術復活滅絕動物庇里牛斯野山羊,成功誕生了一只重兩公斤的復制羊,這是全球首只克隆誕生的滅絕生物。
然而西莉雅的分身還是在短短十分鐘后死了。后來的驗尸結果顯示,小羊的其中一個肺多長了一個巨大的肺葉,如肝臟般密實,沒有任何方法能救活它。
到目前為止,研究人員還是沒有搞清楚克隆技術的什么環節會導致克隆生物的早衰,只是知道克隆過程中的某些操作使DNA發生變化,妨礙了端粒酶起作用。端粒維持著染色體的穩定。端粒因細胞分裂而變短到一定程度時,細胞就會死亡。端粒破損會導致DNA變得脆弱、容易發生變異,可能導致一些與衰老有關的疾病,如動脈硬化和某些癌癥。
直到目前為止,之前克隆的動物,比如綿羊、山羊、小鼠、大鼠、牛、狗等等,克隆技術細節往往可以互相參考,克隆綿羊的技術參數稍微修改一下就能用在小鼠身上。這也意味著克隆技術在過去的24年里并沒有獲得什么突破性的進展。
除此之外,克隆生物必須通過母體生育出來,這點有點兒像試管嬰兒,在實驗室長成胚胎,但最終必須經過子宮的孕育,他們的出生與成長和普通嬰兒無異。克隆生物也是這樣,所以繞不開倫理這一關。
這些都導致了克隆技術如今備受冷落。
“多莉羊”之父威爾默特曾公開表示克隆技術已經走到終點:
我們應該為科技帶來的新發展感到興奮與激動,但是,我們也必須意識到,新事物有時候也可能是危險的。人們必須學會控制,就像克隆人,這是殘酷的、不公平的,我們應該阻止它發生。
目前,許多科學家開始另辟蹊徑,研究iPS細胞(誘導性多能干細胞),即能讓人體表皮細胞被誘導成為具有胚胎干細胞活動特征的方法,由于能被誘導成任何類型的細胞,iPS細胞有潛力被用于治療多種疾病,因而備受厚望,包括威爾默特,他認為這是對細胞的編程重組,它方便,廉價而且沒有任何倫理問題
iPS細胞制備流程示意圖。①:體外培養體細胞;②:通過慢病毒載體向細胞轉入山中因子,紅色表示表達外源性山中因子的細胞;③:將細胞轉移到胚胎干細胞培養基;④:iPS細胞形成胚胎干細胞樣的細胞團塊。圖片來源:Y tambe/ wikipedia.org
這項技術自一出現就成了克隆技術最強有力的競爭對手,于是大量的資源和智庫開始被調離克隆技術領域。克隆仿佛成了一個被打入冷宮的妃子,曾經使科學界狂熱的學術競賽似乎從此歸于寂靜。
不過,ISP細胞會不會也和克隆技術一樣,還要看最后的實驗結果,而克隆技術是否又會東山再起,也要看科學家有沒有實質性的突破,科學的發展,就是一步一步不斷摸索,不斷試錯。
2、羊多莉為什么沒有克隆,看下“多莉”的一生
現在提起“克隆”這個詞,想必大家并不陌生。這是一種“無性繁殖技術”,可以通過此技術,繁殖出無數基因型完全相同的后代。有些人希望可以將這一技術應用在醫學上,這樣一來,一旦自己身體的某個器官出現功能性病變,便可以從自己的“克隆人”身上換取。但令人們感到奇怪的是,23年前就出現了克隆羊,可是卻一直沒有出現克隆人。這是為何呢?大家看看克隆羊多莉的下場就知道了。
1997年,生物學界發生了一件轟動世界的大事:克隆羊多莉誕生。這只看似體態健壯的羊,沒有父親,卻有三個“母親”,它完全是由科學家們一手創造。多莉誕生的地方是距愛丁堡市區10公里遠的羅斯林村,這個地方風景如畫,英國最大的家畜家禽研究所,羅斯林研究所就建在這里。為了多莉的誕生,羅斯林研究所的研究員們整整實驗了277次,才成功了那么一次。所以當多莉出生時,羅斯林研究所的研究員們喜極而泣。
在此之前,雖然科學界已有成功克隆的案例。但克隆的動物都是青蛙、蝌蚪、金魚等小型動物,像綿羊這種中型的動物,還未進行過嘗試。研究員們在培育多莉的過程中,共采取了四個步驟進行,首先是從一只6歲的白面母綿羊的乳腺中取出乳腺細胞,將其放在低濃度的培養組織液中,讓細胞逐漸停止分裂。這個細胞即“供體細胞”;
其次,從一只黑面母綿羊的卵巢中取出未受精的卵細胞,并立即將細胞核除去,這個無核的卵細胞即“受體細胞”;然后,用電脈沖的方法,讓“供體細胞”與“受體細胞”融合,形成“融合細胞”。這個“融合細胞”,就是“胚胎細胞”。最后將“胚胎細胞”放入另一只蘇格蘭黑面母綿羊的子宮中分化和發育,直到培養出小羊多莉。
小羊多莉的出生雖然經過了三個“母親”,但它繼承的基因,卻是來自白面母綿羊。所以從理論上來說,多莉出生后應該是一只白臉羊,而非黑臉羊。而當多莉出生后,研究員們歡呼雀躍。因為他們的實驗成功,多莉確實是一只白臉羊。通過進一步檢測發現,它與提供細胞核的那頭羊,有完全相同的遺傳物質。它們不是“母女”,更像一對相隔6年的“姐妹”。
1997年2月27日,當英國《自然》雜志將羅斯林研究所的這一結果公布之后,立刻轟動了全世界。此后,克隆豬、克隆牛、克隆猴,紛紛問世。有人歡呼新時代的到來,有人則驚呼克隆會成為毀滅人類的武器。而多莉羊則成為動物界的明星,不僅享受了作為首只克隆羊的超級待遇,而且研究所還給它找了一只名為戴維的山羊作為伴侶。多莉“結婚”后,還生下了4只可愛的羊寶寶。
那為何沒有出現克隆人的技術呢?主要是多莉的下場令人觸目驚心。1999年,研究員發現多莉體內細胞開始顯露老年動物所持有的特征。但當時的多莉才三、四歲,正值“壯年”。所以它的變化,讓科學家們提出一個疑問:“克隆動物是否會引起早衰?”2003年2月14日,經醫生診斷,多莉患有嚴重的進行性肺病。而所謂的“進行性”,就是指病情不斷發展、惡化,研究員們不愿多莉受重罪,便選擇了讓它安樂死。
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