克隆技术远不是平时我们想象的那样简单。事实上,我们离克隆人只有一墙之隔。早在1958年,生物学家戈登第一次成功地将成年爪蟾体细胞的核移植到卵里发育出活的胚胎,1996年,克隆羊多莉诞生,2006年,日本科学家山中伸弥使用4种转录因子处理体细胞,即可使细胞变回多能干细胞。未来人类是否会复制自己,它将给社会带来哪些伦理压力呢?
1978年,美国记者David Rorvik出版了一本书:《自我的镜像:人的克隆》,轰动了世界。书中记述了一位叫麦克斯的富翁找到了作者本人,并通过他招募了一批科学家在一个秘密的地点对富翁本人进行克隆实验,而且获得成功。书中详细地描述了科学家如何通过一种叫做“核移植”的技术将这位富翁的基因组放到卵细胞里,并找了一位叫做Sparrow的代孕母亲生出了一名健康的男孩的过程。
由于书中对专业细节的描述极其逼真详细,使得很多读者相信这是真实发生的故事而非小说,甚至作者本人也声称这是真实的事件而非虚构。
1996年,生物学界发生了一件大事,一夜之间成为了全球各大媒体的头条:一只名叫多莉的克隆羊诞生了。它并非人类首次克隆的动物,但这是人类成功使用成年哺乳动物细胞的克隆动物,说明人类有能力对高等动物进行真正意义上的“复制”。一时间,克隆又成为热门话题,很多影视作品也加入了克隆人相关的情节。
克隆技术的发展还得从胚胎学发展的早期说起。19世纪30、40年代,细胞学说被提出来,人们认识到所有动物包括人类都是由细胞组成的,动物所有的细胞都来源于一个受精卵。但这也引出了一个新的问题:为何一个受精卵可变成身体各种不同的细胞。1885年,德国进化生物学家奥古斯特·魏斯曼提出了一个假说来解释这个现象:细胞每分裂一次,遗传物质就减半,含有不同数量遗传物质的细胞就变成不同形态的“分化”细胞。
1938年,著名的胚胎学家汉斯·斯佩曼提出了一个假想的实验:如果把卵细胞的细胞核替换成别的细胞核,那么这个卵细胞是否能发育成胚胎?限于实验条件,该实验当时未能做成,但这个大胆的想法让很多科学家着迷。1952年,美国生物学家Robert Briggs和Thomas King改进了核移植技术,并将青蛙受精卵的细胞核移植到未受精的卵细胞中,结果竟然真的发育出了胚胎。
1958年,英国生物学家约翰·戈登第一次成功地将完全分化的爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞的核移植到卵里,发育出活的胚胎,人类实现了长久以来“复制动物”的梦想。从此,克隆动物的大门被人类打开了。此后,各种克隆动物陆续被科学家造出来。除了多莉羊,还有老鼠、猫、狗、猪、牛等等哺乳动物。人类似乎离克隆自己只有一步之遥。
虽然不同的动物被成功克隆出来,但总体来说,克隆仍然是成功率极低的实验。在多莉羊的实验中,科学家做了277次实验才得以成功。核移植的实验虽然原理简单,但操作起来非常繁琐复杂。另外,每种动物的卵也具有不同的特性。例如,猪的卵细胞里含有大量脂肪,这使得在显微镜下整个卵细胞黑乎乎一片,难以操作;而鸟类的卵细胞中巨大的卵黄,也使得科学家也无法分离出细胞核。
2006年,日本科学家山中伸弥发表了一项突破性的研究:使用4种转录因子处理体细胞,就可在体外把任一类型的体细胞变回多能干细胞。相比核移植技术,这简直称得上是“重编程”的魔法!论文发表之初,干细胞领域的绝大多数科学家对此都持强烈的怀疑态度,然而越来越多的科学家在自己的实验室中重复出了同样的结果,于是才不得不承认这确确实实是神奇且可行的方法。
表观遗传学发展起来以后,很多以前的老问题迎刃而解了。“位置花斑效应”被证明是由一种会导致基因沉默的组蛋白修饰引起,而Cc克隆猫的毛色和它的母亲不同是由于雌性的两条X染色体被DNA甲基化随机失活一条造成的,因为控制毛色的基因恰好位于X染色体上。而让发育生物学家困惑的“分化”过程,原来本质上也是一个表观因素作用的过程。
迄今为止,克隆动物依然是一项成功率低、成本高昂的实验。但克隆技术的发展,已极大推动了人类对生命本质的认识。如果有一天,克隆动物变成了简单易行、成本较低的事情,将会给人类带来哪些改变呢?首先,制药行业将极大受益。克隆的动物具有相同的遗传背景,这克服了目前制药研发中药物反应异质性的问题。
虽然克隆人类已经出现在各种文学和影视作品中,但现实中并没有人类被克隆。从技术上说,克隆人类(以及其它灵长类)的难度相比其它动物要大得多。因为灵长类动物的卵细胞中的纺锤体蛋白紧贴染色体,而其它哺乳动物的纺锤体蛋白则分散在卵细胞中。在对灵长类动物进行核移植时去掉卵细胞的细胞核时不可避免将纺锤体蛋白也带走,而纺锤体蛋白对细胞分裂是必须的。
相比技术上的问题,伦理上的问题则更为突出。
每一个人都有其自我以及社会唯一性,如果人类能够被克隆则可能改变这一切。必须要指出的是,人类胚胎在发育早期会去除来自父母的多种表观遗传修饰,如DNA甲基化和组蛋白修饰,所以在人类胚胎克隆中,也一定会去除供体已有的表观遗传学修饰。此外,克隆后胚胎的发育环境,也肯定和供体的早期发育环境不同。因此,从遗传学角度来讲,人类可以克隆自己;但是,从表观遗传学角度,你永远不能“拷贝”你自己。
克隆技术朝着高效、易行且廉价的方向发展。其它的生物学技术,如基因编辑技术等也正和克隆技术逐渐结合,这可能会从根本上改变人类对生物学的研究方式。如果克隆技术得到普及,也会改变目前医学、农业等领域的研究和生产范式。但克隆人类的尝试可能会带来难以预料的后果,整个科学界应该永远对此保持高度的警惕。