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克隆简史:从不缺少争议

日期:2018/1/31 阅读 ( 1291 )【 来源 : 新民周刊 】
阅读提示:目前,已被克隆的高等物种有20多种,其中克隆牛和鼠诞生于1997年,和人类相近的猕猴“泰特拉”在1999年,被美国科学家利用胚胎分裂的方式克隆成功,克隆猪出现于2000年,克隆兔、骡子、鹿和马则在2003年成功,克隆狗、果蝇在2005年诞生,2009年,克隆骆驼在迪拜诞生。
撰稿|蒲 琳
 
  知道咱们的“美猴王”孙悟空擅长“七十二变”,拔一把毫毛,念一句咒语“变”,即可变成千百只小猴与妖怪打斗,让众路神仙羡慕不已。在吴承恩创作《西游记》五百年后,一群热衷于探索生命发育的科学家让孙悟空的“超能力”变为了现实,一种被称为“克隆”的神奇技术实现了生命的复制。
   “克隆”一词早在1903年便被引入园艺学,之后逐渐应用于植物学、动物学和医学等方面。广泛意义上的“克隆”非常普遍,几乎每个人都曾在日常生活中见过,只是没叫它“克隆”而已。比如,春天里,人们剪下植物枝条,扦插到土里,不久就会发芽,长出新的植株,这些植株是遗传物质组成完全相同的植株;还有将马铃薯等植物的块茎切成许多小块进行繁殖……所有这些都是植物的无性繁殖,或称为“克隆”。在动物界当然也有无性繁殖,不过多见于非脊椎动物,如原生动物的分裂繁殖、尾索类动物的出芽生殖等。
  但对于高级动物,在自然条件下,一般只能进行有性繁殖,所以要使其进行无性繁殖,科学家必须经过一系列复杂的操作程序,即现在人们常说的“克隆”——在分子生物学上主要是指DNA的复制,在细胞学上指培养一群同基因组的细胞,在动物学上指获得同基因组的生物个体。
  而这一科学的灵感最早来源于一缕刚出生的婴儿头发。
 
一缕头发与“细胞重编程”
 
  一缕新生婴儿的头发,在发育生物学和核移植动物克隆研究的历史上扮演了非常重要的角色。
  20世纪二三十年代,著名的德国发育生物学家汉斯·斯皮曼(Hans Spemann)设计了一个精巧的实验。他利用婴儿的头发完成了试验过程。第一步,他用这缕头发把一个两栖类动物的早期受精卵从中间巧妙地系起来,形成一个哑铃形状,受精卵的细胞质部分保持连通状态,但细胞核不可以通过,结果是,有细胞核的这一部分可以发育成一个正常的个体,而没有细胞核这部分不能继续发育,这个结果说明在早期胚胎发育过程里,细胞核是决定性的因素、具有决定个体发育所需的重要物质。
  试验的第二步是在胚胎发育到十六细胞时把头发丝的环松开一点,让有细胞核一端的细胞核进入到另一端的细胞质中,然后再把头发丝环系起来,结果发丝两边各自发育成两个正常的个体。这一步又说明,至少在十六细胞的时候,每一个细胞核还具有发育成一个个体的能力,这类似于人的多卵或同卵的多胞胎。但在完成这个试验之后会产生一种疑问,再往后发育的胚胎细胞是不是还具有发育能力,比如从皮肤或头发取来的一个细胞,能不能再变成一个个体,这是一个很重要的科学问题。
  1938年,斯皮曼建议用成年的细胞核植入卵子的办法进行哺乳动物克隆。
  随后,各国科学家争相利用多个物种对克隆发起了挑战。1952年,德国科学Briggs和King等,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。1958年,英国科学家约翰·格登(J.Gurdon)将非洲爪蟾未受精的卵用紫外线照射,破坏其细胞核,然后从蝌蚪的体细胞——场上皮细胞中吸取细胞核,并将该核注入核被破坏的卵中,结果发现有1.5%这种移核卵分化发育成为正常的成蛙。格登的实验首次证明了动物的体细胞核具有发育成完整生命个体的能力,揭开了细胞生物学的新篇章。
  著名生物学家童第周则是中国在这一领域的先驱。1963年,他应用细胞核移植技术,把金鱼的细胞核移植到去细胞核的角皮鱼卵内,发现移核后幼鱼的早期性状似乎是根据细胞质的。随后,他将鲤鱼细胞核移植到去细胞核的鲫鱼受精卵内,并获得了成功。这是我国科学家在细胞核移植领域做出的重要贡献。
  英国和中国等国在上世纪80年代后期先后利用胚胎细胞作为供体,“克隆”出了哺乳动物。如1984年,斯蒂恩·威拉德森用胚胎细胞克隆出一只羊,这是第一例得到证实的克隆哺乳动物。到了上世纪90年代中期,中国已用此种方法“克隆”了老鼠、兔子、山羊、牛、猪5种哺乳动物。
 
多莉的身世之谜
 
  1997年2月23日,英国苏格兰罗斯林研究所的科学家宣布,他们的研究小组利用山羊的体细胞成功地“克隆”出一只基因结构与供体完全相同的小羊“多莉”(Dolly),世界舆论随即为之哗然。《时代》杂志称其为“世界上最出名的羊”。
  究其原因,此前其他克隆动物的遗传基因来自胚胎,且都是用胚胎细胞进行的核移植,不能严格地说是“无性繁殖”。而“多莉”的基因组,全都来自单亲,它没有父亲,却有三个“母亲”。一只母羊(Scottish Blackface羊)是卵细胞的供体,一只母羊(Finn-Dorset羊)是细胞核(DNA)的供体——由于提供了遗传物质,它才是真正的“母亲”,最后一只母羊(Surrogate羊)则是最接近“母亲”的——它孕育了多莉的胚胎细胞,并产下多莉。因此,从严格的意义上说,“多莉”才是世界上第一只真正克隆出来的哺乳动物。
  据了解,研究小组最初的研究目的是为了利用动物的产奶系统来制造治疗性蛋白质药物。然而,这个想法随着廉价的化学合成物的崛起而落空。据一些业内人士估计,培育出多莉的开销(不包括之前的基础研究,如细胞核转移技术)在50万-75万美元左右。尽管技术的进步带来了成本的降低,如今克隆牲畜的花费仍在10万美元以上。
  最终,在经历277次核移植,产生29个胚胎,放入13个代孕母羊后,有且只有多莉幸运地出生了。
  然而,十分不幸的是,多莉只在这个世界停留了6年半(绵羊的寿命一般在12年左右)。2003年2月14日,由于长期罹患肺部感染和严重的关节炎,研究人员为了减轻它的痛苦,被迫为它实行了安乐死。多莉死后,研究人员还发现它患有一种被称作Jaagsiekte的肺癌——这是一种在绵羊中很常见的癌症。但是,研究人员并不认为,多莉患有多种疾病,与它的克隆羊身份有关。此外,从1998年起,多莉共有三次生育,产生6个后代。
  在一些科学家看来,多莉带来最大的影响,莫过于对干细胞研究的促进作用。因干细胞研究而获得2012年诺贝尔奖的中山伸弥表示,正是多莉的诞生,促使他投身干细胞研究,并最终获得了诺贝尔奖。他在邮件中写道:“多莉的故事告诉了我,即使在哺乳动物中,细胞核重编程(reprogramming)也是可行的。这鼓励了我开始自己的项目。”他的研究利用重编程手段(与多莉的细胞重编程的技术是相同的),使成体细胞回归到干细胞的状态,即诱导全能干细胞(iPS)。正是中山弥伸的这项技术,奠定了现代干细胞研究的基础。
  威尔穆特也表示,如果没有多莉的研究基础,iPS技术“至少要再花20年”。飞速发展的干细胞研究,不仅可以推动基础研究的进步,还可以为治疗疾病提供新的方法,这对于医疗来说,无疑是巨大的飞越。
  当然,多莉的诞生更证明了克隆高等动物的可行性,它们还能正常生活和生育。
 
争议声中发展
 
  目前,已被克隆的高等物种有20多种,其中克隆牛和鼠诞生于1997年,和人类相近的猕猴“泰特拉”在1999年,被美国科学家利用胚胎分裂的方式克隆成功,克隆猪出现于2000年,克隆兔、骡子、鹿和马则在2003年成功,克隆狗、果蝇在2005年诞生,2009年,克隆骆驼在迪拜诞生。
  值得注意的是,中国科学家也曾利用体细胞核移植技术成功获得多种克隆动物,其中骡子、大鼠和雪貂均为国际上首次报道,为体细胞核移植的机理研究打下了坚实的基础。这些在动物克隆领域的研究成果也让我国科学家在生命科学研究领域首次站在了世界科研舞台上。
  但每一项具有跨时代意义的新科技,都在争议中成长,克隆也不能例外。多莉就曾引发科学界及民间关于伦理道德的广泛讨论。这一次,作为与人类最为相近的非人灵长类动物,猴的体细胞克隆技术突破,更加令人浮想联翩,疑虑重重。
  作为科幻伦理电影的常用素材,“克隆人”可谓是长盛不衰。比如,站在本体视角的《第六日》,讲述克隆人取代本体的阴谋故事;又如,站在克隆人视角的《逃出克隆岛》,克隆人沦为本体的器官农场,奋起反抗。这些设定都出现在未来,克隆人像吃了金坷垃一样疯长,无视生长规律,刚出生就跟本体长得一模一样。
  日本影片《潘多拉:永恒的生命》则相对比较朴素。片中,主角使用的手段是现实中已经存在的科技,仿佛就发生在身边。这也使得影片更加富有现实意义,阴暗的结局叫人脊背发凉。从人工合成的“受精卵”在母体着床,到出生长大,克隆人新儿几乎和普通小朋友毫无差别。正是新儿和正常人类几乎一样的成长设定,使本体铃木成为无限接近神之境界的天才,也使片尾新儿的黑化更加惊心动魄。
  理查德·道金斯写过一本著名的科普读物《自私的基因》,将生命的本质,定义为DNA尽可能自我复制的本能。这种本能受到自然选择的控制,使基因无法百分百复制自我,产生丰富多样的变化。这种不可控的自然旨意,有时也被等同于神的旨意。而人类借助科学的力量违背自然规律,譬如实现克隆,被视作渎神的行为,终将产生不容于世的恶果。由此,很多文学创作、科幻电影等,都从批判和担忧的角度,看到克隆人的社会负面后果。
  但人们仍然好奇:克隆人离我们还有多远?“中中”和“华华”的研究者中科院孙强研究员近日给出权威答案:克隆人类,从理论上和技术上是可行的,但是从目前的道德伦理上是不可能的。
  早在1998年,美国农业部法案就禁止了克隆人。即使有人突破了技术障碍并且不顾道德法律束缚,考虑到高昂的研究成本(包括招募人类志愿者),也难以承受这样一笔上百万美元的研究经费。
  在道德和法律的双重约束下,人类渐渐掌握了克隆技术的正确打开方式,克隆技术也越来越接近每个人的生活。
  在园艺业和畜牧业中,克隆技术是选育遗传性质稳定的品种的理想手段,通过它可以培育出优质的果树和良种家畜。
  在医学领域,目前美国、瑞士等国家已能利用“克隆”技术培植人体皮肤进行植皮手术。这一新成就避免了异体植可能出现的排异反应,给病人带来了福音。克隆技术可用来大量繁殖许多有价值的基因,如治疗糖尿病的胰岛素、有希望使侏儒症患者重新长高的生长激素和能抗多种疾病感染的干扰素等等。
  近几年来,随着科学的发展,克隆的应用更加广泛并开始走向商业。2009年,一种已灭绝的庇里牛斯山羊(Pyrenean ibex)被克隆成功,这是人类第一次将已灭绝的物种克隆出来,虽然它仅活了7分钟,但为灭绝动物的再生打开了一扇亮窗。
  2014年,深圳华大基因报道称,每年生产500只克隆猪,成功率在70%-80%,但遭到了来自科学以及公众方面的强大压力。
  2015年,一家中国公司计划每年生产10万头克隆牛,用于满足市场对高品质牛的需求,同样地,该计划遭到了众人的猛烈批评,认为不具可操作性。
  结合目前热门的基因编辑技术,2017年,一只基因编辑狗在另一家中国公司诞生。
 
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