书城科普青少年应该知道的克隆
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第3章 划时代的震撼——克隆技术

1.克隆技术的发展阶段

克隆技术又称为“生物放大技术”,它经历了三个发展时期:第一个时期是微生物克隆时期,即用一个细菌可以很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌,从而变成一个细菌群;第二个时期是生物技术克隆时期,比如用遗传基因——DNA进行克隆;第三个时期是动物克隆时期,即由一个细胞克隆成一个动物。克隆绵羊“多莉”就是由一头母羊的体细胞克隆而来,使用的便是动物克隆技术。

在自然界,有不少植物生来就具有克隆本能,如番薯、马铃薯、玫瑰等能够进行插枝繁殖的植物。而动物的克隆技术,则经历了由胚胎细胞到体细胞的发展过程。

一些无脊椎动物(虫类、某些鱼类、蜥蜴和青蛙)未受精的卵也可以在某些特定环境下,比如受到化学刺激的条件下,成长并发育成完整个体。这一过程也被称为是产卵雌性的克隆。

早在20世纪50年代,美国的科学家以两栖动物和鱼类作为研究对象,首创了细胞核移植技术,这可以比做“狸猫换太子”。其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,利用微电流刺激等手段使两者融合为一体,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用了约为6天的时间),再被植入动物子宫中使动物怀孕便可产下与提供细胞者基因相同的动物。在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里面。这一过程中采用化学刺激法代替电刺激法来促使卵细胞的融合。1986年,英国科学家魏拉德森用胚胎细胞克隆出一只羊,以后又有人相继克隆出牛、鼠、兔、猴等动物。这些克隆动物的诞生,均是利用胚胎细胞作为供体细胞进行细胞核移植从而获得成功的。这种克隆技术的难度要小一些,比较适合研究。

而克隆绵羊“多莉”是用乳腺上皮细胞(体细胞)作为供体细胞进行细胞核移植的,它翻开了生物克隆史上崭新的一页,突破了利用胚胎细胞进行核移植的传统方式,使克隆技术有了长足的进展。多莉完全继承了其亲生母亲——体细胞提供者——多塞特母绵羊的全部DNA的基因特征,是多塞特母绵羊百分之百的“复制品”。

2.克隆技术惹来的争议

动物克隆技术的重大突破,带来了巨大利益的同时,也带来了广泛的争议。克隆技术对人类来说,无异于一把“双刃剑”。一方面,它能给人类带来许多益处——诸如保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等;另一方面,它将对生物的多样性提出挑战。生物多样性是自然进化的结果,也是进化的动力,有性繁殖是形成生物多样性的重要基础,而动物的克隆会导致生物品系减少,个体生存能力下降,也就是说不再有基因变异。自然环境是不断变化的,物竞天择,然而,克隆生物无法通过自然选择来进化。

更让人恐怖的是,克隆技术一旦被滥用于克隆人类自身,将不可避免地失去控制,带来空前的社会混乱,并引发一系列严重的伦理道德冲突。

你能想象被克隆了几十遍的流行明星或者你的后代完全是你的年轻版,甚至连胎记也完全一样吗?世界各国政府和科学界已对此感到极度恐慌,并采取立法等措施明令禁止用克隆技术制造“克隆人”。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《世界人类基因组与人权宣言》的文件,明确反对把克隆技术用在人类身上。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。这项协议规定,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。所有的这些决定都是为了保证克隆只用于造福人类,而绝非复制人类。

3.克隆技术的应用前景

近几年,克隆技术已展示出广阔的应用前景,概括起来大致有以下四个方面:(1)培育优良畜种和生产实验动物;(2)生产转基因动物;(3)生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法;(4)复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源。下面就生产转基因动物和胚胎干细胞作简要说明。

转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一。转基因动物可作为医用器官移植的供体,这意味着可以解决器官移植资源紧缺的难题,另外,还可以作为生物反应器,以及用于家畜遗传改良,把优秀品种的基因通过克隆保存下来,创建疾病实验模型等。但到目前为止,转基因动物的实际应用并不多,除了单一基因修饰的转基因小鼠医学模型较早得到应用外,转基因动物乳腺生物反应器生产药物蛋白的研究时间较长,已进行了10多年,但目前在全世界范围内仅有2例药品进入3期临床试验,5~6个药品进入2期临床试验;而用该技术改良的家畜品种至今没有诞生。转基因动物制作效率低、定点整合困难所导致的成本过高和无法调控,以及转基因动物有性繁殖后代的遗传性状出现分离、难以保持始祖的优良性状,是制约当今转基因动物实用化进程的主要因素。

体细胞克隆的成功为转基因动物的生产掀起了一场新的革命,动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。采用简便的体细胞转染技术实施目标基因的转移,可以避免家畜生殖细胞来源困难和低效率等不利因素。同时,采用转基因体细胞系,可以在实验室条件下进行转基因整合预检和性别预选。在进行细胞核移植前,先把目的外源基因和标记基因的融合基因导入培养的体细胞中,再通过标记基因的表现来筛选转基因阳性细胞及其克隆,然后把此阳性细胞的核移植到去核卵细胞中,最后生产出的动物在理论上应是100%的阳性转基因动物。

胚胎干细胞是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能细胞。各国科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型,来替代那些受损的体内组织,比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。现在科学家们已经能够使猪胚胎干细胞转变为跳动的心肌细胞,使人胚胎干细胞生成神经细胞和间充质细胞,使小鼠胚胎干细胞分化为内胚层细胞。这些研究结果为细胞和组织的替代疗法开辟了道路。科学家已成功分离出人的胚胎干细胞,而体细胞克隆技术为生产患者自身的胚胎干细胞提供了可能。把患者体细胞移植到去核卵细胞中形成重组胚,把重组胚体外培养到囊胚,然后从囊胚内分离出胚胎干细胞,获得的胚胎细胞定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞,肌肉细胞和血细胞),用于替代疗法,比如说培养白血病患者需要的红血球细胞。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗,而非得到克隆个体,科学家们称之为“治疗克隆”。

克隆技术在基础科学研究中的应用也是很有前途的,它为研究胚胎发生、细胞和组织分化、基因表达调控、核质互作等机理提供了最有利的工具。

就医学界而言,现今全世界有成千上万的人因为失去自身的器官而陷入痛苦之中,克隆技术对于这些人来说无疑是一大福音。试想,一个心脏病患者能重新拥有一颗健康强动的心脏,一个因事故失去双手的人能重新“长”出一双手来……如果克隆的研究获得成功,将给白血病、帕金森病、心脏病和癌症等许多疾病患者带来生的希望。而且这种治疗方法会最大程度地减少副作用的产生,因为是由自己的细胞克隆而成的器官。

克隆技术的发展对生物学界也是有很大益处的。目前人类对自然界的各种生物乃至人类本身的了解还是十分有限的。如果能运用先进的克隆技术进行研究,那么将大大提高研究的效率,从而加快生物界乃至人类社会发展的进程。

4.克隆技术仍处于不成熟的阶段

尽管克隆技术有着巨大的发展及应用前景,但是,克隆技术在理论和技术上都还处子不成熟的阶段。

首先,在理论上,分化的体细胞克隆对遗传物质重新编组(细胞核内所有或大部分基因关闭,细胞重新恢复全能性的过程)的机理还不清楚;克隆动物是否会记住供体细胞的年龄,也就是说如果提供细胞的生命体已经十岁,那么克隆出的生命会不会继承这个年龄;克隆动物的连续后代是否会累积突变基因,以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。

其次,在科学实践中,克隆动物的成功率还非常低,苏格兰的研究组在培育“多莉”的实验中,融合了277枚移植核的卵细胞,仅获得了“多莉”这一只成活的羔羊,成功率只有0.36%,同时进行的胎儿成纤维细胞和胚胎细胞的克隆实验的成功率也低得可怜,分别只有1.7%和1.1%,即使是使用“火奴鲁鲁”技术,以分化程度较低的卵丘细胞为核供体,其成功率也只有百分之几。

此外,有些克隆出来的个体会表现出生理或免疫缺陷。以克隆牛为例,日本、法国等国培育的许多克隆牛在降生后两个月内就会死去;到2000年2月,日本全国已共有121头体细胞克隆牛诞生,但存活的只有64头,存活率略高于50%。医学检验结果表明,部分牛犊胎盘功能不完善,血液中含氧量及生长因子的浓度都低于正常水平;有些牛犊的胸腺、脾和淋巴腺没有得到正常发育;克隆动物胎儿普遍存在比一般动物发育快的倾向,这些可能是死亡的原因。

除了以上的理论和技术障碍外,克隆技术(尤其是在人胚胎方面的应用)对伦理道德的冲击和公众对此的强烈反应也大大限制了克隆技术的应用。但近几年来克隆技术的发展表明,世界各科技大国都不甘落后,谁也没有放弃克隆技术的研究。关于这一点,英国政府的态度非常具有代表性。在1997年2月底宣布中止对“多莉”研究小组投资后不到1个月,英国科技委员会就对克隆技术发表专题报告,表明英国政府将重新考虑这一决定,认为盲目禁止这方面的研究并不是明智之举,关键在于建立一定的规范利用它为人类造福。事实上也确实如此,作为一门新科学,克隆技术有利有弊,但盲目的扼杀和迷信都不可取。