克隆猴“中中”和“华华”在中科院神经科学研究所育婴室的恒温箱里 图片来源:新华社
“拔一根毫毛,吹出千万个”,西游记中的神话变成了现实。中国科学院神经科学研究所公布,世界上首只体细胞克隆猴“中中”于2017年11月27日诞生,10天后第二只克隆猴“华华”诞生。第3只克隆猴“梦梦”预计2018年1月诞生。1月25日,国际权威学术期刊《细胞》以封面文章形式在线发布该成果。
蒲慕明在发布会上展示将要发表于NSR的克隆猴Review文章
文章网址http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30057-6
自1996年第一只克隆羊“多利”诞生以来,21年间,各国科学家利用体细胞先后克隆了牛、鼠、猫、狗、鹿、猪、兔等多种动物,使用体细胞克隆动物似乎已经不是什么难事,但是与人类接近的灵长类动物的克隆却一直困难重重。
最接近成功的一次实验发生在2010年。美国俄勒冈灵长类研究中心的科学家米塔利波夫率领团队成功移植了克隆猴胚胎,但胚胎发育至81天,以流产告终。中科院神经所体细胞克隆猴的诞生,宣告我国科学家成功突破了体细胞克隆灵长类动物的世界难题,标志着中国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代,实现了我国在非人灵长类研究领域由国际“并跑”到“领跑”的转变。
克隆猴的难点在哪?
实验团队领导者孙强介绍,克隆猴主要有三个难点。难题之一,是猴的卵细胞核不易识别,“去核”难度大。实验团队中,博士后刘真是“去核”的主要操作者。借助显微设备,刘真经过反复练习,能在10秒之内用最小损耗完成“去核”工作,并在15秒内将体细胞注入去核的卵细胞,为后续的克隆工作奠定重要基础。
去核、体细胞注入等操作过程 图片来自该成果论文
难题之二,是卵细胞容易提前激活。克隆过程中,体细胞的细胞核进入卵细胞时,需先“唤醒”卵细胞,然后才启动一系列发育“程序”。因此,“唤醒”的时机要求非常精准。但是,使用传统方式,猴的卵细胞很容易被提前“唤醒”,往往导致克隆“程序”无法正常启动。神经所的研究团队经过多次试验摸索,向体系中先后加入能够促进克隆胚胎发育的组蛋白乙酰化酶抑制剂TSA和H3K9me3去甲基化酶Kdm4,使得优质囊胚率达到了29%,这是一个足以支持克隆猴诞生的比例。
难题之三,是体细胞克隆胚胎的发育效率低。被转移到卵细胞里的细胞核,突然要扮演受精卵的角色,“赶鸭子上架”很不适应,需要科学家采取多种手段“保驾护航”。如果“保驾”不力,绝大多数克隆胚胎都难以正常发育,往往胎死腹中。
正是由于这些难题得不到解决,在克隆羊多利之后,世界上多个实验室尝试灵长类的动物克隆,均以失败告终。我国科学家历时五年,刻苦攻关,终于结解决了这些难题,使体细胞克隆猴成为可能。试想一下,从猴子身上任意位置取下一枚体细胞,使其和去核的卵细胞融合,便可克隆出基因型相同的猴子,这是多么神奇的一件事,这也意味着,克隆人并不遥远。
克隆猴的诞生意味着什么?有什么用?
“意味着中国将率先建立起可有效模拟人类疾病的动物模型。”孙强说,利用克隆技术,未来可在一年时间内,培育大批遗传背景相同的模型猴。这既能满足脑疾病和脑高级认知功能研究的迫切需要,又可广泛应用于新药测试。体细胞克隆猴的成功,将推动我国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链,促进针对阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病,以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病的新药研发进程。
传统医药实验大量采用小鼠,很大程度上是因为鼠类可通过快速近亲繁殖,培育出大量非常相似的小鼠。但由于小鼠和人类相差太远,针对小鼠研发的药物在人体检测时可能无效或有副作用。这是目前绝大多数脑疾病研究无法取得突破的一个主要原因。
中科院神经所所长蒲慕明院士介绍说,每年美国、欧洲的多个大型医药巨头都会进口数万只猴子,用于开展药物检测实验。由于每只猴子的遗传背景不同,所以只能通过增加猴子数量,筛选关键基因,最终确定药物是否有用。“体细胞克隆猴的重大意义在于,人类能够在一年内产生大批基因、遗传背景完全相同的模型猴。这就再也不用为了完成几个药物的检测,每年牺牲数万只猴子。”
克隆技术的突破还有望加强濒危动物的保护。“例如,金丝猴是濒危珍稀保护动物。掌握了克隆猴技术,我们只要能够找到合适的母体接受金丝猴克隆胚胎,就可以为世界各地动物园提供来自中国的珍贵金丝猴。”
在伦理制约下拥抱科学
猴子能被克隆,那人类呢?蒲慕明说:“人是灵长类动物的一种,克隆灵长类动物的障碍和瓶颈基本上已被攻破,从原理上讲克隆人可以实现。但我们开展这项研究的目的是通过克隆猴,更好理解人类大脑的基本原理,弄懂阿尔茨海默症、自闭症等脑疾病的发病机制并找到有效治疗方法。我们没有任何计划克隆人,社会伦理也坚决不允许克隆人。”
大约150个细胞的克隆人早期胚胎 图片来自:《Nature》
德国、加拿大等一些国家已经将任何方式制造人类胚胎的研究列入犯罪,包括体外受精、核移植技术。澳大利亚、新加坡和英国允许用核移植技术克隆胚胎用于科学研究,但必须接受政府机构的监管。克隆人技术在30多个国家,美国13个州法律禁止,虽然美国一些州没有禁止克隆人,但必须接受FDA的监管。
如何预防克隆技术导致的一系列危险、确保这项技术得到积极应用?孙强说:“克隆技术是一把‘双刃剑’,克隆猴的成功实现必将引发国际伦理学界的重视和讨论,我们呼吁国际社会团结起来,尽早制定国际伦理标准和法律法规细则,预防和禁止克隆技术的不正当使用。”
最后,让我们一起欣赏一组克隆猴的萌图: