科学现场:克隆小猪与器官移植
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本站讯 10月21-25日,英国文化委员会与上海市科学技术协会共同在上海举办由英国顶尖科学家主讲的名为“科学与探索”(“Science and Discovery”)的系列科学讲座。参加这个系列活动的科学家包括Harold Kroto爵士(诺贝尔奖获得者)、Colin Dollery爵士(发展诊所医药的先锋)、Keith Campbell教授(克隆羊“多利”的研究小组负责人)、Mark Ferguson教授(在创伤治疗方面作出过革命性的发现)以及Kevin Warwich教授(机器人和自动化技术专家)等著名专家学者。10月21日,来自诺丁汉大学的曾经成功组织、领导克隆“多利”羊的动物生理学专家Keith Campbell教授与来自曼彻斯特大学的生物医学专家Mark Furguson教授一道对我校进行了短暂的访问。Keith Campbell一行参观了我校遗传所的实验室,并与遗传所、生命科学院的师生进行了全面、深入的交流。关于为什么要克隆“多利”羊的问题,Keith Campbell教授说,克隆动物的目的有两个:一是要理解在细胞分化背后的基本机制;二是要为精确地调整饲养动物物种的基因提供了一个途径。在谈到对克隆人的看法时,Keith Campbell明确地表达了他的反对意见。他说,克隆人是要复制某个人本身,它没有医学上的理由,因此他绝对反对对人进行克隆。但是,Keith Campbell教授也说,出于医学上的原因(比如人体器官坏死、丧失功能或受到破坏),人们应该能够对人体器官或胚胎进行复制,而不应该因此受到非议。Keith Campbell教授说,人们常常将核移植称做“克隆技术”(“Cloning Technology”),并对之持否定、排斥的态度,这是不对的。“克隆技术”实际上应该被称做“核移植技术”(“Nuclear Replacement Technology”),对动物、人类胚胎和人体器官的复制具有积极的医学价值。21日下午1点,Keith Campbell教授在上海科学会堂做了题为“克隆技术和它的含义”的讲座,对有关克隆的问题进行系统的阐述,受到在座听众的热烈欢迎。遗传所的王洪海教授、生命科学院的钟阳教授、我校外事处的有关同志以及英国驻上海总领事馆的有关人士参加了会谈。

  2011年4月7日及8日,来自英国的伊恩·威尔穆特爵士教授——国际著名的科学家及干细胞专家将作为2011年第一位知名嘉宾做客由英国总领事馆文化教育处举办的“智慧课堂”活动,此次“智慧课堂”将分别在广州及深圳举办。

饲养员对两头克隆小猪格外偏爱。 经过一次淋浴、四次消毒、再换上全封闭式隔离服,终于得以见到两个被当做明星一样的小猪:它们全身雪白,毛色油光发亮,正与一群并无血缘关系的兄弟姐妹奋力争抢“妈妈”的奶头。 这两个猪头猪脑、不起眼儿的小不点,是当今最前沿科学研究的结晶。2007年5月24日,通过克隆技术,它们降生在天津宝坻祖代种猪场。这是我国科学家首次成功克隆出“哥廷根小型猪”。 “克隆”的概念我们并不陌生。动物克隆,是指通过无性繁殖由一个细胞产生一个和亲代遗传性状一致,形态非常相像的动物。如用未分化的胚胎细胞进行核移植称为胚胎细胞克隆;用胎儿或出生以后动物的细胞进行核移植称为体细胞克隆。 进行该项研究的中国农业大学李宁教授带领的科研小组曾在2005年成功培育出我国第一头克隆猪。那是一头我国特有品种——五指山小香猪。当时,科学家共培养了300个胚胎,分别移植到3头母猪的子宫里,结果只有1头猪怀孕,它产下了3只小猪,其中仅一只成活。 课题组的李秋艳老师介绍,这次克隆出的哥廷根小型猪原产于德国,是国际公认的最佳医用模式动物之一。中国农业部从1998年开始立项,想引进哥廷根医用小型猪,但近10年时间过去,国外仍然禁止出口这种猪。因此,我国的相关研究也落后于发达国家。 为了打破国外的封锁,科研人员通过合作的方式,从国外实验室获得了哥廷根小型猪的体细胞。具体来说,就是取用猪胎儿皮肤成纤维细胞,因为这种细胞具有好获得、好培养的特点。李老师解释说,从理论上讲,除了成熟的生殖细胞以外,任何细胞都含有全套的染色体,都可以用于克隆,具有发育成一个完整个体的潜力。 有了提供遗传物质的供体细胞,还需要提供营养的卵母细胞。“这就像种地,有了种子,你得找一块地把它种上去。”李老师笑着比喻。 在研究中,作为核受体的卵母细胞来自屠宰场,因为成本低廉、采集方便。科研人员从性成熟前的年轻母猪体内采集尚未成熟的卵母细胞,经过体外成熟培养后,把它的遗传物质去掉,然后把供体细胞注射进卵母细胞的卵周隙中。然后,通过一个融合仪,让供体细胞和卵母细胞融合为一体。再经过激活处理,它就开始像正常受精卵一样,发生卵裂等一系列胚胎发育过程。如果在囊胚期前把它移植到代孕母猪体内,就会复制、着床。 目前科学研究比较成熟的是克隆牛和克隆羊。克隆猪的难度较高,因为猪的卵子对低温特别敏感,体外操作时,室内温度一般不低于26℃,不能偏差太大,否则容易造成卵母细胞的损伤甚至死亡。不仅如此,卵子在体外成熟需要的时间也比较长,因此更不容易存活。现在只有英、日、美、澳、韩、丹麦和中国等少数几个国家获得过核移植猪。 实验进程在去年一度停滞了近3个月。实验人员回忆,那时,炎热的夏季刚刚过去,气候开始变得凉爽。工作人员立即开始恢复和检验核移植实验的卵母细胞成熟、胚胎构建以及培养等体系。卵母细胞经过成熟培养后,研究人员发现有时部分卵母细胞的质膜溶解、正常的卵周隙消失,进而死亡;即使使用形态正常的卵母细胞构建的胚胎也发育不到囊胚期,以为是培养液出了问题,把其中的几十种成分依此进行分析,还是找不到原因。科研人员无奈之中换了一家屠宰场取卵母细胞,问题一下子就解决了。原来是卵巢质量差,可能是牲猪在运输过程中的应激反应对卵母细胞造成了损害,从而影响卵母细胞的寿命以及重构胚的发育潜力。 “现在回过头去看觉得都不是什么大问题,可当时就是找不到原因。”李秋艳笑着感慨,“做科研往往就是这样,有时被一个意想不到的小问题卡住,一旦解决就会豁然开朗。” 今年1月29日,研究人员将400枚胚胎移植入两头母猪体内,其中1头怀孕,经过115天的孕育产下6头小猪。 记者在猪场看到,虽然两只小猪血统来自国外,但它们的“代孕母亲”却是一只肥硕的长白母猪。猪妈妈一点也不排斥这两个跟自己并不相像的孩子,两个小猪在它身上蹿上蹿下。 尽管是同一母亲所生,一窝小猪的血统却大不相同。除存活下来的两头哥廷根小公猪外,还有1头哥廷根小型猪出生存活12小时后死亡,1头哥廷根小型猪出生死亡,两头转有绿色荧光蛋白基因的克隆长白猪出生死亡。 有专家评价,这是在国际上首次实现了同一移植受体内进行不同品种和不同类型克隆胚胎的混合移植。 可惜的是,两头转基因小猪,其中一头生下来就有缺陷,不仅没有吞咽功能,而且前肢往内勾,站立不起来;另一头虽然发育正常,但生下来就没有呼吸和心跳。李秋艳解释说:“这有可能跟克隆有关,也可能跟转基因有关,因为转基因猪的发育异常率比较高,比如瞎眼、瘸腿。如果转入的外源基因插入位点不合适的话,就会影响某些基因的正常表达。” 科学家们很早就开始尝试进行动物克隆的研究。早期的动物克隆研究均是用两栖类和鱼类作材料。1962年,英国剑桥大学的研究人员进行了蛙胚胎核移植,获得成年蛙。我国已故科学家童第周教授曾于上个世纪60~70年代进行鱼类细胞核移植工作,获得属间和种间移核鱼,使我国鱼类核移植研究居世界领先水平。 直到20世纪80年代,哺乳动物克隆的研究才逐渐开展起来。现在,细胞核移植技术甚至可以在不同种间实现。1998年1月,美国科学家以牛的卵子为受体,成功克隆出猪、牛、羊、鼠和猕猴五种哺乳动物的胚胎,虽然这些胚胎都流产了,但它对异种克隆的可能性作了有益的尝试。1999年,美国科学家用牛卵子克隆出珍稀动物盘羊的胚胎;我国科学家也用兔卵子克隆了大熊猫的早期胚胎,这些成果说明克隆技术有可能成为保护和拯救濒危动物的一条新途径。 李秋艳介绍,把克隆技术和转基因技术结合起来,是现今的发展趋势。比如把某种疾病基因转入猪的细胞内,再用这个细胞构建胚胎,克隆出带有某种疾病的实验动物。目前,韩国已经克隆出可以治疗糖尿病的猪。美国科学家则培育出了一种富含不饱和脂肪酸的“转基因克隆猪”,用来帮助人们抵御心血管疾病。李秋艳透露,今年7月底以后,中国农大国家生物技术国家重点实验室将有一批转有功能性基因的克隆猪出生。 转基因克隆技术的最大应用前景之一在于提供人类器官移植的来源。可供移植的人体器官不足一直是困扰医学界的难题。世界卫生组织的统计表明,全世界需要紧急器官移植手术的病人数量与所捐献人体器官的数量比为20∶1,这个数字还不包括那些靠药物维持可以等待但又必须做器官移植手术的病人。如果把这一数字加上,需要器官移植的病人数与器官捐献数的比值将拉大到30∶1。在美国,每16分钟就有一个人加入到等待器官移植的行列,而全世界目前等待合适供体器官做移植手术的病人有30万人。为解决这一问题,科学家们将目光投向了猪。 猪的牙齿和人非常相似;猪的动脉循环系统几乎是人的动脉循环系统的复制品,动脉硬化的发生过程也很相似;猪也会因过度紧张或兴奋而发生心肌梗死,也会因晕船、晕车发生呕吐;猪的红血球容量、血红蛋白含量、血钙等近30个生理生化指标与人相似;猪是杂食性动物,药物代谢过程和人接近。 因此,猪成为许多生物医学领域很好的动物模型,在口腔、心血管、器官移植、皮肤、药物代谢等研究方面有着不可替代的作用,已经成为国际上最理想的异种器官移植研究材料。而哥廷根小型猪成年后体重只有50~60公斤,器官大小、结构和生理特点等与人体器官极为相似,更是具有不可比拟的优势。 李秋艳介绍,阻碍异种器官移植工作获得成功的首要问题是免疫学上的排异反应。据记载,早在1906年,已有人将猪肾移植给一位患肾功能衰竭的年轻妇女。移植物只存活了3天,病人就死于尿毒症。因为猪的细胞膜上有一种特殊的糖类,它可被灵长类生物的免疫系统识别为异源物质,器官移植后引起超急性排异反应,使器官移植试验失败。 李秋艳说,理论上,首先将供体细胞用基因敲除手段去掉表达该物质的基因,再结合克隆技术,可以大量生产适合人体移植的猪器官,减弱或消除排异反应。不带“排斥基因”的克隆猪在国外实验室已经培育成功。 “不过,所谓的异种器官移植目前还处于实验室阶段,距离成为现实还有很长的路要走。”李秋艳说。

  当谈到“克隆技术”或“无性繁殖”时,人们心中充满了问号。克隆技术又名核移植,实质指的是遗传信息的传递。该项技术拥有不少局限性,但同时在应用方面却具有强大潜力值得开发。医学研究的发展得益于不断开展的干细胞研究,而这在治疗诸如糖尿病和帕金森症等神经退行性疾病尤为突出。

  1997年2月,伊恩·威尔穆特教授及其科研团队用从成年母羊体内提取的细胞成功培育出的克隆羊——多利宝宝展示在世人眼前,这支优秀的英国团队旋即成为了世人瞩目的焦点。 多利是人类首次利用成年动物体细胞克隆成功的第一个生命,它的诞生揭开了分子生物学领域崭新的一页。这一罕见的科研学术成就引发了世人的惊讶、热议以及科学、哲学、伦理及宗教等各界人士持久的辩论。英国雄厚的教学水平及卓越的科研实力成就了多利羊团队,也成就了过去100多年内100多位诺贝尔奖得主。

  “智慧课堂”之对话伊恩·威尔穆特教授将介绍克隆科学、他在该领域中的学术论点以及在相关课题下的潜在机会。其中包括以下话题:

  出色的英国科研环境及优秀的英国教育;

  伊恩·威尔穆特教授在克隆领域取得的卓越成就;

  克隆技术的发展以及其为科技领域带来的质变;

  在该领域开展的国际性研究

  无论从创新技术到科技发明,英国均走在多个研究和发展领域的最前沿。2011“智慧课堂”旨在将留英校友正在参与的以及已经在全球范围内获得成功的项目置于聚光灯下,通过教育体验、创造性思维和积极参与,获得灵感和创新,并充分展现英国的高素质教育以及英国勇于探索的本质。

  加入此次“智慧课堂”,与威尔穆特爵士教授探讨制造干细胞新方法的潜在价值以及研究分子机制带给我们今后克隆技术的非凡意义,一起领略克隆的世界,感受威尔穆特爵士教授带给我们学术上的思想冲击及在更多领域的启发!

  活动时间及地点:

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