书城科普读物生命的密码下
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第10章 生命克隆并不神秘

“克隆”羊消息传出后,“克隆”一词几乎家喻户晓,“克隆”一时被看成如同上帝造人般的神秘。其实作为科学技术的克隆,原理并不神秘,它是生物体通过体细胞进行的无性繁殖以及由无性繁殖形成基因型完全相同的后代个体组成。生命在延续的过程中,繁殖方式是多样的,在自然界,克隆随处可见,从植物界“无心插柳柳成荫”到低等动物界的分裂生殖等,皆属“克隆”,“多莉”羊的诞生,只不过是开辟了高动物“克隆”的新天地。

1.克隆生命的科学机理

“克隆”一词最初源自英文clone的音译,科学家们常用它来指由无性繁殖得到的一群细胞,即不是通过精子和卵子配合而繁殖得到的一群细胞或细胞系。克隆的本质就是无性繁殖。

我们知道,哺乳类动物和我们人类都是通过性细胞(精子和卵子)结合成合子(受精卵),再由合子分化发育而来的。而通过克隆方法得到的细胞群或由未受精的卵细胞分化发育而来的个体,则不存在性细胞的结合问题。我们先以单克隆抗体为例来说明这一点。科学家们先通过某种方法获得一只分泌一种抗体的杂交瘤细胞,然后给予充分的条件让这个细胞分裂、繁殖,成为一群细胞。这群细胞或称细胞系,都是一个细胞的后代,具有相同的性状,因此都能够产生具有产生一种抗体。这群由一个单细胞经多次分裂繁殖而来的细胞群被称为单一的细胞克隆。由此产生的抗体被称为单克隆抗体。另一种情况是分子克隆,分子克隆实际上是基因克隆技术的别称,指的是通过一定的方法得到含某个特定基因的单一细胞或细菌,再进行大量繁殖,就得到了包含该基因的单一细胞克隆。这种细胞克隆即可以提供足量的目的基因供我们研究,也可以用于制造我们所需的该基因的蛋白质产物。单克隆抗体技术和基因克隆技术都是20世纪伟大的科学发明,它们的创立者都为此获得了诺贝尔奖。这两种技术操作工艺上差别极大,可它们都有一个共同的特点,就是要筛选出通过无性繁殖而来的单一细胞群。

世界卫生组织在关于克隆的非正式声明中定义:克隆为遗传上同一的机体或细胞系(株)的无性生殖。

2.克隆本身没有什么神秘

随着生物科学的发展,克隆的内涵也在不断扩大,只要是从一个细胞得到两个以上的细胞、细胞群或生物体,就可以称为克隆。由此而分化所得到的细胞、生物体就是克隆细胞、克隆体。从基因角度看,克隆体和母体的遗传物质是完全相同的。英国科学家产生克隆羊所使用的技术就相应地被称为克隆技术,该技术是基因工程技术的一个重要组成部分。

植物的克隆技术比较简单,发现和使用较早。这是因为植物细胞是所谓的全能细胞,经过适当培育,即可以发育成一完整植株。所以,克隆植物是相当普通的一件事。而动物的克隆技术发展较慢,这是由于动物的体细胞并不具有全能性。使用已经高度分化的动物体细胞无法直接培育出克隆动物。几十年来,科学家们一直孜孜不倦地探讨哺乳动物的克隆问题。近十几年来在此领域中已取得了不少进展。

克隆的手段有多种类型,包括胚胎切割、细胞核移植等。在“多莉”降生之前,细胞核移植就是用机械的方法,把一个称之为“供体细胞”的细胞核移入另一个去除了细胞核的细胞质中。核移植采用的供体细胞有两种,一种是胚胎细胞,一种是体细胞,但二者有着本质的区别。胚胎细胞是由受精卵发而成的胚胎的细胞,故胚胎细胞克隆属于异体复制,“复制”的是提供受精卵胚胎的动物的下一代,相当于生了个“多胞胎”;而体细胞克隆属于自体复制,“拷贝”的是提供体细胞的动物本身。从技术操作的难度来看,前者难度小,后者难度大。

在“多莉”降生之前,世界各国克隆动物都是用胚胎细胞作为供体细胞的,而胚胎细胞是有全能性的。就是说,把胚胎细胞的细胞核移植到去除了细胞核的卵细胞后,还能形成完整的个体,恢复到受精卵状态,从而发育成生物。英国科学家这次是用体细胞作为供体细胞,但体细胞是失掉了全能性的。他们用特殊方法处理后使体细胞恢复了全能性,小绵羊“多莉”也就成为世界上用体细胞克隆哺乳动物获得成功的第一只克隆动物。与以往的克隆动物最大的不同在于,它是世界上第一只只有母亲、没有父亲的哺乳动物。这就不难理解,为何以前科学家已用胚胎细胞克隆培育出了免、牛、羊、猪等但都没有引起轰动,而“多莉”一下子成为全世界关注的焦点,被国际科技界称之为20世纪最重要的科技成果之一。

在这次的“克隆羊”风波中大出风头的“细胞核移植技术”领域,我国也堪称世界一流。1993年,我国科学家用胚胎细胞“克隆”绵羊获得成功,同年,中国科学院发育生物学研究所杜森在世界上第一次用继代细胞核移植的方法,获得了一批“克隆羊”的第二代。1995年,我国科学家又成功地获得了胚胎细胞“克隆牛”。最近西北农业大学利用滋养层细胞作为供体细胞克隆山羊,已经怀孕成功。这项技术虽不及英国克隆羊,但已超过了传统的胚胎细胞核移值。目前,我国已经能克隆鼠、兔子、山羊、牛、猪五种哺乳动物。就克隆的动物种类来说,是绝大多数国家所无法比拟的。这些成绩,都是在“七五”末到“八五”间短短的几年内取得的。我国以前这方面的成果,报道时多用“核移植”这个词,因此尽管我国克隆技术也很先进,但是国内的人对“克隆”这个词还是有些陌生。我国目前在克隆方面水平较高的科研单位很多,有中国农科院畜牧所、中国科学院发育生物学研究所、西北农业大学畜牧所、江苏农科院畜牧所、中国科学院发育生物学研究所、西北农业大学畜牧所、江苏农科院畜牧所、广西农业大学等。

继1996年7月英国科学家克隆出“多莉”后,美国俄勒冈灵长类研究中心唐·活尔夫领导的科研小组在同年8月份用胚胎细胞克隆出两只猴子。其具体做法是,先用人工授精卵分裂成含有8个细胞的胚胎时,研究人员将8个细胞逐个分离,再将每个细胞中的遗传物质的卵细胞发育成胚胎后,再将其移植到母猴体内。利用这种方法,俄勒冈研究中心共培养成9个胚胎,移植后使3个母猴怀孕,其中两只母猴顺利产下小猴。美国科学家宣布这一结果后引起了强烈反响。尽管克隆猴是用胚胎细胞克隆而成,但由于猴跟人是十分接近的哺乳动物,所以这一结果无疑起到推波助澜的作用,使尚未平息的“克隆羊”风波又掀起了新的浪潮。“克隆羊”及“克隆猴”风波在全世界范围内引发了一场关于科学与伦理、科学与生命、科学与人类未来命运的大争论,各国政府要员、知名科学家、社会与人类未来的命运的大争论,各国政府要员、各名科学家、社会学家、伦理学家和普通老百姓,都纷纷加入到这场世纪之末的大论战之中。