標籤:生命工程

無性繁殖系又稱「無性系、「克隆(clone)。字源是希臘字,表示用離體的細枝或小樹枝增殖的意思。這一名詞於1903年引入園藝學,以後逐漸應用至植物學、動物學和醫學方面。一個無性繁殖系是指從一個祖先通過無性繁殖方式產生的後代,是具有相同遺傳性狀的群體。無性繁殖方式有營養繁殖、單性生殖和細胞分裂等。

克隆的應用
克隆的基本過程是先將含有遺傳物質的供體細胞的核移植到去除了細胞核的卵細胞中,利用微電流刺激等使兩者融合為一體,然後促使這一新細胞分裂繁殖發育成胚胎,當胚胎髮育到一定程度后,再被植入動物子宮中使動物懷孕,便可產下與提供細胞者基因相同的動物。這一過程中如果對供體細胞進行基因改造,那麼無性繁殖的動物後代基因就會發生相同的變化。
克隆技術不需要雌雄交配,不需要精子和卵子的結合,只需從動物身上提取一個單細胞,用人工的方法將其培養成胚胎,再將胚胎植入雌性動物體內,就可孕育出新的個體。這種以單細胞培養出來的克隆動物,具有與單細胞供體完全相同的特徵,是單細胞供體的「複製品」。英國英格蘭科學家和美國俄勒岡科學家先後培養出了「克隆羊」和「克隆猴」。克隆技術的成功,被人們稱為「歷史性的事件,科學的創舉」。有人甚至認為,克隆技術可以同當年原子彈的問世相提並論。
克隆技術可以用來生產「克隆人」,可以用來「複製」人,因而引起了全世界的廣泛關注。對人類來說,克隆技術是悲是喜,是禍是福?唯物辯證法認為,世界上的任何事物都是矛盾的統一體,都是一分為二的。克隆技術也是這樣。如果克隆技術被用於「複製」像希特勒之類的戰爭狂人,那會給人類社會帶來什麼呢?即使是用於「複製」普通的人,也會帶來一系列的倫理道德問題。如果把克隆技術應用於畜牧業生產,將會使優良牲畜品種的培育與繁殖發生根本性的變革。若將克隆技術用於基因治療的研究,就極有可能攻克那些危及人類生命健康的癌症、艾滋病等頑疾。克隆技術猶如原子能技術,是一把雙刃劍,劍柄掌握在人類手中。人類應該採取聯合行動,避免「克隆人」的出現,使克隆技術造福於人類社會。

1克隆技術研究現狀

克隆羊「多莉」的意義和引起的反響
以上事實說明,在1997年2月英國羅斯林研究所維爾穆特博士科研組公布體細胞克隆羊「多莉」培育成功之前,胚胎細胞核移植技術已經有了很大的發展。實際上,「多莉」的克隆在核移植技術上沿襲了胚胎細胞核移植的全部過程,但這並不能減低「多莉」的重大意義,因為它是世界上第一例經體細胞核移植出生的動物,是克隆技術領域研究的巨大突破。這一巨大進展意味著:在理論上證明了,同植物細胞一樣,分化了的動物細胞核也具有全能性,在分化過程中細胞核中的遺傳物質沒有不可逆變化;在實踐上證明了,利用體細胞進行動物克隆的技術是可行的,將有無數相同的細胞可用來作為供體進行核移植,並且在與卵細胞相融合前可對這些供體細胞進行一系列複雜的遺傳操作,從而為大規模複製動物優良品種和生產轉基因動物提供了有效方法。
在理論上,利用同樣方法,人可以複製「克隆人」,這意味著以往科幻小說中的獨裁狂人克隆自己的想法是完全可以實現的。因此,「多莉」的誕生在世界各國科學界、政界乃至宗教界都引起了強烈反響,並引發了一場由克隆人所衍生的道德問題的討論。各國政府有關人士、民間紛紛作出反應:克隆人類有悖於倫理道德。儘管如此,克隆技術的巨大理論意義和實用價值促使科學家們加快了研究的步伐,從而使動物克隆技術的研究與開發進入一個高潮。
克隆技術的應用前景
克隆技術已展示出廣闊的應用前景,概括起來大致有以下四個方面:
(1)培育優良畜種和生產實驗動物;
(2)生產轉基因動物;
(3)生產人胚胎幹細胞用於細胞和組織替代療法;
(4)複製瀕危的動物物種,保存和傳播動物物種資源。
以下就生產轉基因動物和胚胎幹細胞作簡要說明。
轉基因動物研究是動物生物工程領域中最誘人和最有發展前景的課題之一,轉基因動物可作為醫用器官移植的供體、作為生物反應器,以及用於家畜遺傳改良、創建疾病實驗模型等。但目前轉基因動物的實際應用並不多,除單一基因修飾的轉基因小鼠醫學模型較早得到應用外,轉基因動物乳腺生物反應器生產藥物蛋白的研究時間較長,已進行了10多年,但目前在全世界範圍內僅有2例藥品進入3期臨床試驗,5~6個藥品進入2期臨床試驗;而其農藝性狀發生改良、可資畜牧生產應用的轉基因家畜品系至今沒有誕生。轉基因動物製作效率低、定點整合困難所導致的成本過高和調控失靈,以及轉基因動物有性繁殖後代遺傳性狀出現分離、難以保持始祖的優良勝狀,是制約當今轉基因動物實用化進程的主要原因。
體細胞克隆的成功為轉基因動物生產掀起一場新的革命,動物體細胞克隆技術為迅速放大轉基因動物所產生的種質創新效果提供了技術可能。採用簡便的體細胞轉染技術實施目標基因的轉移,可以避免家畜生殖細胞來源困難和低效率。同時,採用轉基因體細胞系,可以在實驗室條件下進行轉基因整合預檢和性別預選。在核移植前,先把目的外源基因和標記基因(如LagZ基因和新黴素抗生基因)的融合基因導入培養的體細胞中,再通過標記基因的表現來篩選轉基因陽性細胞及其克隆,然後把此陽性細胞的核移植到去核卵母細胞中,最後生產出的動物在理論上應是100%的陽性轉基因動物。採用此法,Schnieke等(Bio Report,1997)已成功獲得6隻轉基因綿羊,其中3隻帶有人凝血因子IX基因和標記基因(新黴素抗性基因),3隻帶有標記基因,目的外源基因整合率高達50%。Cibelli(Science,1997)同樣利用核移植法獲得3頭轉基因牛,證實了該法的有效性。由此可以看出,當今動物克隆技術最重要的應用方向之一,就是高附加值轉基因克隆動物的研究開發。
胚胎幹細胞(ES)是具有形成所有成年細胞類型潛力的全能幹細胞。科學家們一直試圖誘導各種幹細胞定向分化為特定的組織類型,來替代那些受損的體內組織,比如把產生胰島素的細胞植入糖尿病患者體內。科學家們已經能夠使豬ES細胞轉變為跳動的心肌細胞,使人ES細胞生成神經細胞和間充質細胞和使小鼠ES細胞分化為內胚層細胞。這些結果為細胞和組織替代療法開闢了道路。目前,科學家已成功分離到人ES細胞(Thomson等1998,Science),而體細胞克隆技術為生產患者自身的ES細胞提供了可能。把患者體細胞移植到去核卵母細胞中形成重組胚,把重組胚體外培養到囊胚,然後從囊胚內分離出ES細胞,獲得的ES細胞使之定向分化為所需的特定細胞類型(如神經細胞,肌肉細胞和血細胞),用於替代療法。這種核移植法的最終目的是用於幹細胞治療,而非得到克隆個體,科學家們稱之為「治療克隆」。
克隆技術在基礎研究中的應用也是很有意義的,它為研究配子和胚胎髮生,細胞和組織分化,基因表達調控,核質互作等機理提供了工具。
克隆技術與遺傳育種
在農業方面,人們利用「克隆」技術培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病蟲害的優質高產品種,大大提高了糧食產量。在這方面中國已邁入世界最先進的前列。
克隆技術與醫學
在當代,醫生幾乎能在所有人類器官和組織上施行移植手術。但就科學技術而言,器官移植中的排斥反應仍是最為頭痛的事。排斥反應的原因是組織不配型導致相容性差。如果把「克隆人」的器官提供給「原版人」,作器官移植之用,則絕對沒有排斥反應之慮,因為二者基因相配,組織也相配。問題是,利用「克隆人」作為器官供體合不合乎人道?是否合法?經濟是否合算?
克隆技術還可用來大量繁殖有價值的基因,例如,在醫學方面,人們正是通過「克隆」技術生產出治療糖尿病的胰島素、使侏儒症患者重新長高的生長激素和能抗多種病毒感染的干撓素,等等。
生態層面
克隆技術導致的基因複製,會威脅基因多樣性的保持,生物的演化將出現一個逆向的顛倒過程,即由複雜走向簡單,這對生物的生存是極為不利的。
哲學層面
通過克隆技術實現人的自我複製和自我再現之後,可能導致人的身心關係的紊亂。人的不可重複性和不可替代性的個性規定因大量複製而喪失了唯一性,喪失了自我及其個性特徵的自然基礎和生物學前提。
身份和社會權利難以分辨
假如有一天,突然有20個兒子來分你的財產,他們的指紋、基因都一樣,該咋辦?是不是要像汽車掛牌照一樣在他們額頭上刻上克隆人川A0001、克隆人川A0002之類的標記才能識別。
奇妙的克隆
秘密的出生,爆炸性的露面,平靜的死亡。其中的成功與失敗,創造者自己也不很明白。這隻綿羊的一切,似乎都充滿象徵意味。有母無父,與性無關的出生方式,拋開科學與理性去看,有點神聖的純潔色彩。然而事實上,多利一生所遭遇的非理性反應中,恐慌多於歡迎。純潔的羔羊被視為瓶中放出的魔鬼,這種滑稽的反差顯示了人類進步過程中始終伴隨的某種自我畏懼與自我牽制。總有一些人擔心人類知道得太多,儘管在另一些人看來,我們所知道的,與我們需要知道和渴望知道的相比,還顯得那麼微不足道。
充滿困擾的一生
克隆過程的成功率一直非常低,流產、畸形等問題較多。這是由於克隆本身的問題,還是僅僅因為技術不夠成熟對DNA造成了傷害?人們對此還無法問答。作為第一頭體細胞克隆動物,多利的健康狀況受到密切關注,因為它可能代表著其他克隆動物的命運。多利一生的大部分時候過著優裕的明星生活,它善於應付公眾場合,毫不怕人,在鏡頭前有著良好的風度。與公羊「戴維」交配后,多利於1998年4月生下第一個孩子邦尼,後來又生育了兩胎,一共有6個孩子,其中一個夭折。從生育方面來看,它與普通母羊並沒有不同。在2002年初被發現患有關節炎之前,多利幾乎是完全健康而正常的,除了由於訪客餵食太多而一度需要減肥。
1999年5月,羅斯林研究所和PPL公司宣布,多利的染色體端粒比同年齡的綿羊要短,引起了人們對克隆動物是否會早衰的擔憂。端粒是染色體兩端的一種結構,對染色體起保護作用,有點像鞋帶兩頭起固定作用的塑料或金屬扣。細胞每分裂一次,端粒就變短一點,短到一定程度,細胞就不再分裂,而啟動自殺程序。端粒以及修補它的端粒酶,是近年來衰老和癌症研究中的一個熱點。許多科學家認為,端粒在動物的衰老過程中可能起著重要作用。一些人擔心,克隆動物的端粒註定較短,是一個不可避免的根本問題。另一些人認為,多利的端粒較短可能是克隆過程的技術問題所致,這不一定是體細胞克隆中的普遍現象,有望隨著技術的進步而消除。譬如美國科學家用克隆鼠培育克隆鼠,一共培育了6代(最後一代惟一的一隻克隆鼠被別的實驗鼠吃掉,實驗被迫中止),並沒有發現端粒一代一代縮短的現象。由於克隆動物數量不多,而且普遍比較年輕,因此還難以判斷哪一種說法正確。端粒與衰老之間的關係究竟是什麼、端粒較短是否一定導致早衰,也是尚未確定的事情,這使得問題更加複雜。克隆技術可能帶來健康問題,是多利的創造者們強烈反對克隆人的直接理由:在目前的技術水平下克隆人,對克隆出來的人太不負責任了。
2002年1月,羅斯林研究所透露,多利被發現患有關節炎。這引起了有關克隆動物健康問題的新一輪騷動。綿羊患關節炎是常見的事,但多利患病的部位是左後腿關節,並不多見。威爾穆特說,這可能意味著現行的克隆技術效率低,但多利患病的原因究竟是克隆過程造成的遺傳缺陷,還是純屬偶然,可能永遠也弄不清楚。與主張動物權利的人士的觀點相反,他強調,對動物進行克隆研究不應該因此停止。相反,要進一步研究,弄清楚其中的機制。此後,羅斯林研究所限制了外界與多利的接觸。
2003年2月14日,研究所宣布,多利由於患進行性肺部感染(進行性疾病為癥狀不斷惡化的疾病),被實施了安樂死。如同關節炎一樣,肺部感染也是老年綿羊常見的疾病,像多利這樣長期在室內生活的羊尤其如此。但綿羊通常能活12年左右,6歲半的多利可以說正當盛年,並不算老,它的肺病究竟與克隆有沒有關係,又是一個難以搞清楚的問題。目前研究人員正對多利的遺體進行詳細檢查,科學界對此十分關注,儘管檢查結果未必能對上述問題得出確切答案。威爾穆特對媒體表示,多利之死使他「極度失望」。他提醒其他科學家要對克隆動物的健康狀態作持續觀察。
在幾年前,羅斯林研究所已經對多利的後事作好了安排。遺體檢查完畢之後,它將被做成標本,在蘇格蘭國家博物館向公眾展出。理論上,倫敦自然歷史博物館或科學博物館更適合安置這隻科學史上最尊貴、最著名的綿羊,但蘇格蘭科學家們自有他們的理由:「因為她是一隻蘇格蘭羊。」
編輯/宋超
(《環球》2003.3.16 作者:王艷紅)

全球反對「克隆人

本報記者樊宏偉綜合報道:11月25日,美國先進細胞技術公司宣布該公司首次用克隆技術培育出人體胚胎細胞,在世界各地引起軒然大波,反對之聲此起彼伏。
雖然該公司稱他們的目的不是克隆人,而是利用克隆技術治療疾病,但還是遭到眾多批評。美國總統布希表示,百分之百反對任何形式的人類克隆。美國國會參議員則稱,將會很快通過法案禁止所有克隆研究。巴西、德國、義大利等國和歐盟的發言人也均對此發表反對意見,認為科學研究不應超過倫理界限,有必要加強立法。
不過,美國參議院多數黨領袖達施勒的態度比較中立,他建議國會應該把生殖性的克隆實驗和治療性的克隆區分開來。
世界上第一頭克隆頭「多利」的創造者之一維爾穆特贊同這一建議。維爾穆特一直反對克隆人,他認為,先進技術細胞公司更可能是出於商業目的,而不是技術上的考慮,從科學成就上來說,他們取得的不過是個小突破。
在科學界內,不少生物學家對這一做法則嗤之以鼻,認為這一實驗結果沒有科學意義,而且是對生物倫理的嚴重挑釁。法國國家農藝學研究所動物克隆專家讓·保羅·勒納爾表示, 先進細胞技術公司所使用的方法實際上就是克隆多利羊的方法,而且美國科學家僅獲得含有6個細胞的人類早期胚胎遠不能滿足需要。
美國賓夕法尼亞大學生物倫理學家麥吉博士甚至懷疑先進細胞技術公司宣布的真實性,因為實驗的很多細節還沒有公開。
三、中國正在規範幹細胞和克隆技術研究
本報記者曾偉報道:克隆人離我們只有一步之遙,如何讓克隆技術不是給人們出難題,而是在人類可以控制的範圍內最大限度地造福人類?昨日,本報記者採訪了北京大學幹細胞研究中心首席科學家李凌松教授。
李教授說:「目前公認的國際規範有三點,一是堅決反對克隆人,二是不能將人的精原細胞與動物雜交,三是對用於實驗的胚胎幹細胞來源要進行限制並作出具體規定。在中國相關規定和法律沒有出台之前,我們的研究將按照國際規範行事。」
「對於一些國際規範模糊不清的『灰色區域』,不同國家做法也不一樣,比如信奉基督教的英國人規定,體外授精14天後的受精卵不得用於實驗,而以色列則沒有這樣的規定,對於這些『灰色區域』,我們要根據自己的國情具體分析。」
據了解,目前,雖然國際上普遍對克隆人即生殖性克隆持反對態度,但對治療性克隆,也就是利用克隆技術獲得人類幹細胞以用於對病變組織和器官進行替代治療,則基本認同。但專家認為,目前能用於臨床的治療性克隆技術尚處於細胞替代性治療階段,真正克隆出可用於移植的人類組織和器官,現在還為時尚早。
「幹細胞和克隆研究需要相當的技術、先進的設備和良好的道德基礎,」李教授強調說,「涉及這個領域的研究機構必須具備相當的實力和資質,否則很容易造成失控。」
據悉,目前,一個由國家有關部門召集、有生物學家和倫理學家參與的專家小組正在對中國幹細胞及克隆技術研究現狀進行評議,一個旨在規範中國幹細胞和克隆技術研究的「審查委員會」正在醞釀之中。
四、科技隨筆:克隆的理性發展方向
新華網華盛頓12月11日電(新華社記者吳偉農)每當出現重大克隆進展時,各種警告和反對聲便不絕於耳。最近美國先進細胞技術公司宣布通過克隆製造出了人類胚胎之後,批評言論又是不斷。對於克隆技術研究,人們應該一分為二地看待這個問題,以促進克隆技術的安全使用和健康發展。
不妨先回顧一下先進細胞技術公司的成果:這家公司研究人員將人類體細胞的遺傳物質與去除了遺傳物質的人卵細胞空殼融合,然後誘導融合后的細胞發育:研究人員得到3個早期胚胎,其中兩個發育到4細胞階段,另一個至少發育到6細胞階段。由於這證明人體單個細胞的遺傳物質能被誘導發育成為幼胚胎,克隆人在技術上離現實可謂一步之遙。
爭論由此而生。批評者說,因為它用一個單親製造了人類的開端,這一進展在倫理道德上是危險的。反對者說,即使不為克隆人,為獲取幹細胞而破壞克隆胚胎的做法也是不道德的。但先進細胞技術公司的科學家稱,他們的目標不是製造克隆人,而是為了開發人類疾病的治療方法,其工作是「正義的」。
科學家在動物身上的實驗預示,克隆的人類胚胎幹細胞將開啟一個再生醫學新時代。

2克隆技術的福音

1. 克隆技術與遺傳育種
在農業方面,人們利用「克隆」技術培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病蟲害的優質高產品種,大大提高了糧食產量。在這方面中國已邁入世界最先進的前列。
2. 克隆技術與瀕危生物保護
克隆技術對保護物種特別是珍稀、瀕危物種來講是一個福音,具有很大的應用前景。從生物學的角度看,這也是克隆技術最有價值的地方之一。
3. 克隆技術與醫學
在當代,醫生幾乎能在所有人類器官和組織上施行移植手術。但就科學技術而言,器官移植中的排斥反應仍是最為頭痛的事。排斥反應的原因是組織不配型導致相容性差。如果把「克隆人」的器官提供給「原版人」,作器官移植之用,則絕對沒有排斥反應之慮,因為二者基因相配,組織也相配。
條件下可以發生逆轉。
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