看过《西游记》的人,一定不会忘记孙悟空“拔毛变猴”的特异本领。《西游记》中,孙悟空在与妖魔鬼怪对阵时,常常从身上拔下一根毫毛,吹口气,随即变出上百只一模一样的小孙悟空。现在,这个看似遥不可及的神话正在成为现实。2017年11月27日,世界上首个体细胞克隆猴“中中”在我国诞生;同年12月5日,第二个体细胞克隆猴“华华”又“横空出世”。
2018年1月25日,它们的故事登上国际权威学术期刊《细胞》封面,这意味着中国科学家成功突破了现有技术无法克隆灵长类动物的世界难题。
现在,这两只时而吐着舌头,时而吮吸着手指卖萌、翻滚、玩耍的克隆小猴正生活在中国科学院神经科学研究所内,它们被小心看护着,享受着国宝级的待遇。
体细胞是一个相对于生殖细胞的概念。它是一类细胞,这类细胞的特点是:遗传信息不会像生殖细胞那样遗传给下一代。高等生物的细胞除了精子和卵细胞以及它们的母细胞之外,差不多都是体细胞。体细胞遗传信息的改变不会对下一代产生影响。
体细胞是执行特殊功能的,比如红细胞是执行运送氧气功能的,免疫细胞是执行免疫防御功能的,它们都不具有发育的特性。
但是,有部分体细胞可以在体外进行培养,实现无限增殖,进而得到无数的体细胞。体细胞克隆技术用的就是这种细胞。1997年,首个体细胞克隆动物“多莉”羊出生;随后,利用体细胞克隆技术不仅诞生出包括马、牛、羊、猪和骆驼等在内的大型家畜,还诞生了包括小鼠、大鼠、兔、猫和狗在内的多种实验动物。但是,与人类最为相近的非人灵长类动物的体细胞克隆是个难题,一直没有攻克。
克隆猴为什么这样难?主要原因有两个:⑴供体细胞核在受体卵母细胞中的不完全重编程导致胚胎发育率低;⑵非人灵长类动物胚胎操作技术尚不完善,加上受体的卵母细胞数量有限,使克隆猴的成活率很低。这两方面因素叠加致使非人灵长类动物体细胞克隆屡屡失败。
以中科院神经科学研究所研究员孙强、博士后刘真为主的团队历时5年,克服了种种困难,终于突破了这个生物学上的前沿难题。
与过去直接采用成年活体细胞的做法不同,中国团队采用的是猴胎儿细胞的DNA与卵子相结合。具体而言,在研究中,对于融合细胞的细胞核来源,研究人员设计了两组实验,一组利用来自于流产产生的胎猴纤维组织母细胞,另一组是利用成年猴子的卵丘细胞。结果在第一组实验中,21只代孕母猴中的6只成功怀孕,最终生下了2只健康的猴子,它们就是“中中”和“华华”。
体细胞克隆技术的优化过程中,技术操作的娴熟也是取得成功的另一个重要原因。操作技术越快,卵细胞受损越小,成功概率就越高。以胚胎操作为例,作为受体的卵母细胞,必须先把其细胞核“摘除”,才能容纳“外来户”(体细胞的细胞核)进来与它融合。但与其他动物不同的是,猴子的卵母细胞不透明,“去核”操作非常困难。
为了能在“去核”过程中做到快速准确,减少对卵母细胞的损害,刘真博士苦练技术好几年,最终娴熟到平均10秒之内对卵母细胞进行细胞去核操作,在15秒之内将体细胞注入到卵母细胞当中,成为这个领域的“世界冠军”。
1.突破克隆猴世界性难题
从“多莉”羊出生后至今20多年,各国科学家都在尝试灵长类克隆,但是始终没有成功,很多都是克隆动物在胚胎阶段后期就死亡了。这次中国科学家不仅取得了成功,而且用的是体细胞克隆,技术含量要超过生殖细胞克隆。所以,这项技术是中国科学界实现的一个重大突破。
2.开启以猕猴作为实验动物模型的时代
克隆非人灵长类动物的唯一目的就是服务人类健康。体细胞克隆猴的成功,不仅在科学上证实了猕猴可以用体细胞来克隆,更重要的是,它可以使猕猴成为“真正有用”的动物模型,来帮助理解人的大脑,开发治疗人类疾病的新疗法。
3.带来一个完整的产业链
猕猴是与人类最相近的、被科研伦理规范所允许的非人灵长类动物。中国猕猴、食蟹猴的存栏量目前约30万只,每年大量养殖猕猴出口到海外。该团队攻克的克隆技术有望催生一个新的产业链。
4.克隆技术的突破还有望加强濒危动物的保护
一些灵长类动物,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。