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第81集 世界上第一个克隆猴子在中国出生

第81集 世界上第一个克隆猴子在中国出生 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-02-22   浏览数:
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  说起克隆,大部分人首先想到的应该是克隆羊“多莉”,作为世界上第一只成功克隆的哺乳动物,当时“多莉”的诞生在世界上引起了巨大的轰动。 

  这么多年过去了,期间也有许多哺乳类动物的体细胞克隆相继成功,但与人类相近的非人灵长类动物的体细胞克隆仍然是个难题。直到2018年1月25,中国科学院神经科学研究所在《细胞》杂志发表了成功用体细胞核移植克隆出了两只猕猴的消息,这一成功标志着我国率先开启了以猕猴作为实验动物模型的时代。 

  今天,我们就借助这两只克隆猴的诞生,去了解什么是“体细胞核移植”?克隆出来的猕猴对生物科学又有着什么样的影响?  

  想要了解“体细胞核移植”技术,首先要知道什么是细胞核。对于这一点,我们不妨用一个小王国来比喻成一个细胞,那细胞核就是这个王国的国王,而细胞里的其它成分就是臣民。一般来说,细胞里面是“君民同心”的,但是如果把原来的细胞核取走,换一个别的细胞核进去,对于一般的细胞来说,国王变了,那臣民也只能跟着改变。然而,有一种细胞却很独特,那就是卵细胞。 

  作为动物体内最大的细胞,卵细胞里除了一个细胞核外,各种细胞器和其它细胞成分全部都是人多势众。因此卵细胞核的“领导力”与别的细胞核相比就“弱”了很多,也就是说,即便是换了细胞核,细胞内的其他成分也会逼着新的细胞核改变立场,而不是像其他细胞核一样改变细胞内的其他成分。 

  1964年,英国科学家约翰·戈登就拿非洲爪蟾做了一次这样的实验,他用爪蟾的体细胞核替换掉了爪蟾的卵细胞核。果然,一开始那个体细胞核还想要指挥卵细胞做体细胞的工作,但是很快就架不住其他成分的影响,转型成了卵细胞核,甚至还能指挥这个卵细胞发育成正常的爪蟾个体。 

  这种更换细胞核的操作就叫“核移植”,而倒逼细胞核转型的现象,有点类似于给电脑硬件修改程序,这个过程被称为“重编程”。因此“克隆”的专业名称叫做“体细胞核移植重编程”。 

  节目一开始,我们就提到1996年,苏格兰诞生了一只名叫“多莉”的克隆小羊,从此证明了哺乳动物也是可以克隆的。在克隆羊之后不过几年,小鼠,猪,牛,马,狗以及猫咪都被成功地克隆了出来,可是克隆猴却始终没有一丁点动静。其实,这不能怪科学家不努力,只能说灵长类动物的克隆是生命科学领域最让人绝望的技术难题之一。 

  作为灵长类动物的猴子,可以说是神经科学领域不可或缺的实验动物。如果观察各种动物的脑子,其它实验动物比如小白鼠的脑子都光滑无比,跟千沟万壑的人脑显然很不一样,放眼整个自然界,也只有猿猴的大脑和人类比较相似了。 

  更重要的是,由于亲缘关系接近,猴子的思维方式和人类也有一些相同的地方。比如要是用老鼠研究抑郁症,就不免会遇到“你咋就知道这只老鼠抑郁”的问题,因为发病症状不一样,所以无法进行观察。但是,猴子就不会出现这种,猴子能模拟出许多人类的行为和决策,经过训练的猴子甚至可以跟人下棋打牌,这都可以为人类神经科学的研究提供帮助。 

  所以说,一旦克隆猴技术得到突破,人类就有可能破解那些复杂思维背后的神经学机制。其实,在很早以前,人们就已经开始尝试克隆猴子了。然而,谁也没想到,克隆猴竟然是个史诗级难题。 

  1997年,美籍哈萨克斯坦科学家沙乌科莱特·米塔利波夫的导师就曾经利用卵裂球的细胞核做过“克隆猴”实验,所谓卵裂球就是受精卵早期分裂的产物,本身就能发育成完整个体。从这个意义上讲,卵裂球的细胞核与卵子的细胞核本来就是一样的,因此用卵裂球的细胞核取代卵细胞的细胞核做克隆实验只涉及“核移植”而无关“重编程”,因此这种“克隆猴”更接近于人造同卵多胞胎猴。 

  之后,米塔利波夫接过了他导师的衣钵,在克隆猴的道路上也走得更远。二十多年来,他几乎就只专注于克隆猴这一件事。2011年,他首次发现咖啡因可以提升核移植重编程效率,并由此第一个制造出了猕猴的克隆胚胎干细胞,这在当时算是非常重大的突破了,他曾是全世界最被寄予厚望第一个克隆出猴子的人。 

  然而现实是残酷的,克隆的风潮在21世纪之后开始逐渐冷却,包括克隆技术之父戈登在内的很多科学家都转向了其它领域。特别是在2012年,基因编辑技术的诞生更是让人觉得给克隆技术设置了阻碍,这种基因编辑技术可以在小鼠等动物身上直接编辑动物个体的基因,给科研实验提供了很大的便利,致人们好像逐渐忘记了克隆技术。 

  在中国立项的“中国脑计划”中,基因编辑非人灵长类被放在了核心位置。一开始,大家的想法是,既然猴子貌似根本无法克隆,那么就用基因编辑技术好了。 

  然而猴子貌似就是有某种非要跟新技术过不去的体质,克隆搞不定,基因编辑技术居然也不是很给力。在小鼠身上运行流畅的技术移植到猴子身上,效率少说降了九成左右。2014年,昆明动物所的季维智研究员率先把基因编辑技术用在猕猴身上,结果效率低得可怕,猕猴浑身上下的细胞中被成功编辑只有微乎其微的一点点,必须得用很精密的生物学检测手段才能查出来。 

  这时,人们才发现克隆技术其实并未过时,它依然是制造基因编辑猴模型的最佳选项。但这毕竟是个国际难题,单单是承接这个课题就需要巨大的勇气。 

  之所以灵长类的克隆如此艰难,很大程度上是因为灵长类动物的卵细胞和细胞核都特别“矫情”。一方面,灵长类的卵细胞非常敏感,哪怕是简单的挤压都会导致它分裂异常,更何况要把它挖开来吸走细胞核,又要把其他细胞核加进去,这么一套操作下来,细胞基本上就无法存活了;另一方面,灵长类的细胞核非常恋旧,就算给它换了工作岗位,却怎也做不通它的思想工作,重编程无论如何都不彻底,指挥胚胎发育的时候也就总会受到干扰,进而导致实验失败。 

  刚刚我们说过,在2011年,米塔利波夫在克隆操作中发现,引入咖啡因的做法大致可以解决卵细胞脆弱的问题,咖啡因可以暂时抑制卵细胞中的某些信号通路,让卵细胞在实验期间基本保持稳定。不过咖啡因等小分子存在毒性问题,这次的克隆猴并未采用咖啡因的方案,而是采用一种不会挤压到卵细胞的特殊核移植方法,直接降低对卵子的刺激。 

  灵长类体细胞难以彻底重编程问题的解决,则要感谢一位来自哈佛大学医学院、加州大学圣迭戈分校的张毅博士。他发现细胞核这种执念的本质在于它的表现遗传学修饰,也就是细胞DNA上一些特殊的化学标记。如果在克隆的过程中加入一种叫做特殊的酶,就可以“擦掉”体细胞核基因的一些关键的表观遗传修饰,让这枚体细胞核更好地融入细胞。顺着张毅博士的思路,中国科学院神经科学研究所的孙强博士和刘真博士一起改进了克隆猴技术,最终他们成功地实现了猴子的胚胎发育。 

  不过理论归理论,实际的摸索还是很艰巨的,孙强与刘真师徒俩为此奋斗了超过三年,尝试了超过三百次核移植后才终于诞生了世界上首例,两只,克隆猴。中中和华华,这两个名字,代表了中国科学家的自信,也代表着中国正式迈入国际神经科学大国的行列,克隆猴的突破更是一举奠定了“中国脑计划”乃至整个神经科学领域新时代研究的基石,从此中国神经科学家再也不单单是与其他国家“并跑”了,而是“领跑”整个世界。 

  克隆猴的成功,正式宣布从此之后,世界神经科学研究迈入了“基因编辑非人灵长类”时代。猴子也会出现非常类似于人类的脑部疾病,包括孤独症、抑郁症、帕金森病以及 “渐冻人”等等,这一切都可以利用基因编辑与克隆技术迅速制作出相关的猴模型。借助这样的动物模型,科学家可以在与人类更加相似的平台上研究疾病的发病机制,试验新的治疗方法,人们对这些疾病的理解也会出现质的飞跃。说不定,在未来的医院,维修基因也会像维修一般的器官一样成为必备的科目。而我们,有幸见证了一个伟大时代的开始,更可以期待一个更加美好的未来。 


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