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克隆是英文clone的音译,简单讲就是一种人工诱导的无性繁殖方式。科学家把人工遗传操作动物的繁殖过程叫克隆,这门生物技术叫克隆技术。
克隆的基本过程是先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后(罗斯林研究所克隆羊采用的时间约为6天)再被植入动物子宫中使动物怀孕使可产下与提供细胞者基因相同的动物。这一过程中如果对供体细胞进行基因改造,那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。培育成功三代克隆鼠的“火奴鲁鲁技术”与克隆多莉羊技术的主要区别在于克隆过程中的遗传物质不经过培养液的培养,而是直接用物理方法注入卵细胞。这一过程中采用化学刺激法代替电刺激法来重新对卵细胞进行控制。
就目前所知,克隆技术至少可在五个方面为人类造福:促进人类了解生物生长发育的机理,特别是发现影响生长和衰老的因素;为移植手术提供合适的器官;大批量生产制造某些药物的生物原料;为科学实验提供更适合的动物;培育家畜家禽优良品种。
借牛腹克隆大熊猫
克隆技术的一个重要应用就是挽救濒危物种。大熊猫是中国的一种珍贵哺乳动物,其历史可以上溯到800万年前的始熊猫。据估算,其数量目前已减少到大约1000只左右甚至更少,被有关国际组织列为世界20大濒危物种之一。克隆大熊猫的确是克隆技术的一项重要成果。不过,克隆大熊猫的难度比克隆羊和牛要大得多,其重要原因就是大熊猫太少,而且较难怀孕,因而无法像克隆羊那样在大熊猫中寻找合适的代孕母亲,要克隆大熊猫必须让其他动物比如牛、猪、羊等充当代孕母亲。这种克隆技术就是异体克隆技术。异体克隆大熊猫的理论可以简述如下:科学家从大熊猫身上取下一个体细胞,输入一个去核后的其它动物卵细胞中,再将它培育成胚胎,然后放入其它动物的子宫中,使代孕母亲怀孕并生产出一只健康活泼的大熊猫。
其实异体克隆技术已有所进展。1998年1月,美国威斯康星一麦迪逊大学宣布,该大学的一个科研小组利用牛的卵子作孵化器,进行异体克隆实验,获得一定进展。他们将包括灵长目动物在内的5个不同物种的细胞核移植到去核的牛卵中,使其发育成了胚胎,并使母牛怀孕。不过代孕母牛都发生了流产。
异体克隆技术应用于繁殖大熊猫是再合适不过的了。据中国大熊猫繁育技术委员会顾问、中科院动物研究所研究员陈大元介绍,异体克隆大熊猫的计划已被中科院列为重点项目予以支持。作为项目负责人,1998年暑假开始,陈大元就率领一个小组将利用大熊猫的体细胞进行克隆试验,力争在3至5年内在世界上率先异体克隆成功大熊猫。
也许几年后的一天,一头母牛或母猪产下一窝大熊猫,这头母牛或母猪不惊讶才怪呢!
“羊姐”与“牛妹”
克隆牛能都、加贺是利用与克隆多莉羊相同的细胞核移植技术克隆成功的。日本研究人员从成年雌牛的输卵管和子宫内侧取出体细胞,将体细胞的核进行了5天的血清培养后,移植入事先去除了核的卵子内,再采用电刺激的方法促进两者融合,并经过8天的体外培养,培育出胚胎。
1997年11月13日,研究人员将10个这种胚胎以两个一组分别移植到5头母牛子宫内。结果这5头母牛全部怀孕,其中两头怀的是双胞胎。5日诞生的两头克隆牛是采用输卵管细胞克隆出来的,它们出生时体重分别为18.16公斤和17.26公斤。
正像克隆羊多利一样,两头克隆牛也分别获得了自己响亮的名字──能都与加贺。像给自己的孩子起名一样,培育克隆牛的科学家也伤透了脑筋。直到克隆牛出生12天后即7月17日,人们才根据克隆牛的出生地石川县的两个地名为克隆牛命名。能都和加贺是早产儿,它们比预产期早40天来到这个世界,不知是巧合还是上苍有意安排,它们的生日与克隆羊多利的生日都是7月5日,只不过多利比它们大2岁。
多利一举成名后,它给人们带来了一系列让人津津乐道的话题。其实至今多利也不会明白自己的特殊地位,它仍然生活在英国爱丁堡市郊罗斯林研究所的一座仓库式的建筑里。目前,多莉与自己的女儿邦尼生活在一起。邦尼出生于1998年4月13日清晨,重2.7公斤,是多莉与公羊戴维进行正常交配后生产的。邦尼的诞生表明,克隆羊可以受孕并能足月怀胎,产出一只正常的健康羊羔。
成名之后,多莉的生活并没有发生多大改变,除了保证营养充足外,多莉没有得到其它特殊的优待。由于怕感染上疾病,两年来多莉几乎完全生活在室内。科学家们正计划逐渐让多莉去室外活动,那时克隆羊多莉就将面对真实的大自然了。
真真假假克隆“一族”
自克隆羊多莉的身份公布之后到克隆牛能都、加贺之前,一些国家的科学家纷纷宣布成功克隆动物。美国科学家在英国科学家宣布培育成功多莉之后立即宣布培育出两只克隆猴,给人一种瞎起哄之感。其实这些科学家实验时用的不是胚胎细胞就是胎羊胎牛细胞,从未用成年动物细胞,因而从严格意义上讲这些所谓的克隆动物不能称为克隆动物。不过它们的问世对于科研来说还是有意义的。
原来,动物在从胚胎发育到成年的过程中,细胞功能是不断分化的,而细胞内的基因功能也逐渐被封闭,只有与细胞功能有关的基因没有被封闭。比如皮肤细胞只能繁殖皮肤细胞,不可能繁殖出一个个体。这就是利用成年动物细胞克隆动物的难点之一。
1997年7月,英国罗斯林研究所和PPL生物技术公司培育的世界第一批克隆转基因羊先后出生,其中一只名为波利的小母羊已被确认含有植入的人基因。波利羊中含有的人体基因可产生药物原料,但罗斯林研究所和PPL生物技术公司拒绝透露这一药物和有关基因的详细情况。
1998年2月16日,曾与英国罗斯林研究所一道培育出克隆绵羊多利的英国PPL公司利用与培育“多莉”类似的技术又培育出一头牛犊。培育这头名叫“杰弗逊先生”的小牛采用了与“多莉”相似的细胞核移植技术,但不同的是,“杰弗逊先生”是利用胚胎细胞培育出的,而小羊多利则由成年绵羊的体细胞克隆成功。
1998年2月,法国全国农艺研究所利用胚胎细胞成功克隆出一头棕色小母牛,起名为“玛格丽特”。它是用一个发育60天的胎牛细胞克隆成功的。
1998年3月,新西兰北岛汉米尔顿的一个农业研究中心利用功能已分化的冷冻胎牛细胞克隆成功一头名为“吉尔”的牛犊,从而使新西兰成为南半球第一个克隆出牲畜的国家。
小心!有人打克隆人主意
尽管各政府、各有关国际组织都纷纷表示禁止克隆人,但仍有个别科学家提出克隆人的计划。其中最引人注目的是美国芝加哥一位科学家理查德·锡德。
1998年1月6日,理查德·锡德在接受美国全国公共广播电台采访时说:“在芝加哥建立一家人类克隆诊所,并使其成为赚钱的生育诊所,是我们的目标,也是我个人的目标。”锡德说,他计划借用克隆多利的技术,将取自某位妇女卵子中的DNA剔除出去,然后把将要克隆的那个人的DNA移植进去。该卵子分裂繁殖为50至100个细胞后就形成了胚胎,这样就可以移植到代孕母亲的子宫中。他已经组织了一个愿意与他合作的医生小组,并找到了4对自愿接受克隆试验的夫妇。
尽管多数国家反对克隆人,但个别国家却表示可在控制的条件下克隆人。比如俄罗斯如果有足够的资金,有可能开展克隆人的研究。
放心!法律严禁复制人类
许多国家的政府对克隆技术在法律和伦理方面可能造成的影响非常重视,美、德、法、英、加等国纷纷成立专家小组研究这一问题,科学家们也要求对这一领域的研究加以限制。克隆出小羊多莉的英国科学家维尔莫特也说,用来克隆多莉的那种技术效率极低,在他成功克隆出多莉之前该技术曾导致先天缺损动物的出生,将这种技术用于人类是“非常不人道的”。
中国政府也十分重视克隆技术及其提出的相关问题,国家科委和农业部等部门已多次召开有各方面专家参加的研讨、座谈会,并就有关问题达成共识。专家们认为,动物克隆技术的成功是科学研究上的一个重大事件,它既有有益的一面,又有不利的可能,必须采取措施加以规范,严格控制住有害的一面,使这项技术造福于人类。
1997年11月11日,联合国教科文组织第29届大会在巴黎通过一项题为《世界人类基因组织与人权宣言》的文件,明确反对用克隆技术繁殖人。
1998年1月12日,欧洲19个国家在法国巴黎签署了一项严格禁止克隆人的协议。这是国际上第一个禁止克隆人的法律文件,是对《欧洲生物医学条约》的补充。这项禁止克隆人协议规定,禁止各签约国的研究机构或个人使用任何技术创造与一活人或死人基因相似的人,否则予以重罚。违反协议的研究人员和医生将被禁止从事研究和行医,有关研究所或医院的执照将被吊销。
克隆研究大事记
1938年提出克隆设想。汉斯·施佩曼提出他称之为“奇异的实验”。他建议从发育到后期的胚胎(成熟或未成熟的胚胎均可)中取出细胞核,将其移植到一个卵子中。换句话说,这就是克隆。
1952年首先用青蛙开展克隆实验。罗伯特·布里格斯和T.J.金用吸管从一个发育到后期的青蛙胚胎中取出细胞核,然后将其植入青蛙卵子中。细胞核后来没有发育。
1970年用青蛙进行的另一项实验取得了较好的结果。约翰·格登用同样的方法进行了尝试。青蛙卵发育成了蝌蚪,但是在开始进食以后死亡。他后来证明,移植的细胞核回到了胚胎状态。
1981年据称培育出了克隆鼠。卡尔·伊尔门泽和彼得·霍佩报告说,他们用鼠胚胎细胞培育出了发育正常的鼠。
1984年培育出第一只胚胎克隆羊。施特恩·维拉德森报告说,他用取自羊的未成熟胚胎细胞克隆出一只活产羊。其他人后来利用牛、猪、山羊、兔和猕猴等各种动物对他采用的实验方法进行了重复实验。
1994年菲尔斯特用发育到晚期阶段的胚胎细胞进行克隆。尼尔·菲尔斯特用发育到至少有120个细胞的胚胎克隆牛。
1996年伊恩·维尔莫特宣布用羊重复了菲尔斯特进行的实验,但他在把细胞核植入羊的卵子之前,让胚胎细胞处于休眠状态。植入细胞核的卵子发育成正常的胚胎,然后发育成羊。
1997年2月24日罗斯林研究所宣布克隆羊多莉于1996年7月5日培育成功。威尔莫特博士报告说,他用取自一只6岁成年羊的乳腺细胞培育成功一只克隆羊。
1997年7月罗斯林研究所利用克隆技术培育出带有人类蛋白的绵羊波利和莫利。这一成果可使人们在几年之内培育出大批同样的绵羊,并从它们的奶中廉价获得大量药物或其他化合物。这种带有人类基因的克隆绵羊分泌的奶中会含有治疗血友病的蛋白质因子。波利羊的问世标志着克隆技术朝着为人类服务的阶段又迈进了一步。
1998年1月19日美国威斯康星大学的科学家们宣布,他们已成功地把不同哺乳动物的基因植入牛的卵细胞并使其发育成初期胚胎。这是克隆技术研究领域一项重要的新进展,这项技术如果最终获得成功,将具有极其广泛的用途,包括利用动物培育用于人体移植所需的器官、繁殖牲畜家禽以及挽救濒危物种等。
1998年7月5日日本石川县畜产综合中心与近畿大学畜产学研究室的科学家宣布,他们利用成年动物体细胞克隆的两头牛犊诞生。这是继多莉羊之后科学家第一次利用成年动物体细胞克隆动物成功。这两头克隆牛的诞生表明克隆成年动物的技术是可重复的,利用这种技术可大批量培育品种优良或具有特殊用途的牲畜,并能保护濒危物种等。
1998年7月23日在美国夏威夷大学工作的日、英、美、意等国的科学家在英国《自然》杂志上宣布培育成功三代克隆鼠,即用克隆动物克隆出动物。