转基因动物与克隆动物有什么差异？前者是基因人工操作的产物；而后者仅仅是细胞无性繁殖的产物。转基因动物在生物界被称作“活体生物反应器”，它可以按照人类的需要生产所必需的产物。无怪乎人们称：转基因动物的出现会给世界一个惊喜！
1.“超级小鼠”诞生了
20世纪70年代中期以来由于基因工程技术的发展，人们逐渐实现了把外源基因导入哺乳动物细胞的愿望，如有人将疱疹的tk和人的β珠蛋白基因导入小鼠畸胎瘤细胞获得成功；还有人将小鼠畸胎瘤细胞导入小鼠早期胚胎胚胞腔后得到了嵌合体小鼠。1980年，美国耶鲁大学的科学家们将含有两种病毒DNA的重组质粒以显微注射方式导入小鼠受精卵的原核内培育出带有这种外源DNA序列的子代小鼠。在这些研究工作的鼓舞下，华盛顿大学的科学家们将大鼠的生长激素基因导入小鼠的受精卵，也得到了基因组中整合有大鼠生长激素基因的小鼠，该小鼠的体重比普通小鼠高出了二至三倍。这就是1982年美国“自然”杂志上登载的“超级小鼠”。“超级小鼠”一时成为新闻媒体报道的焦点，一些著名的科学家纷纷撰文对“超级小鼠”带来的生物学上的革命性意义大为赞扬。
“超级小鼠”就是今天我们津津乐道的转基因动物的开端。它是用实验手段将特定的外源基因导入动物早期胚胎细胞并整合至其基因组中，通过生殖细胞系再传给子代，由此得到的一种含有特定外源基因的“新动物”。转基因动物体系打破了自然情况下的种间隔离，使基因能在种系关系遥远的机体间流动；通过转基因动物的表达可以生产一些具用经济价值的新型蛋白质，与原核表达系统相比，所生产的蛋白质能够保持天然生物活性。尤其是通过乳腺作为生物反应器，使大量合成的蛋白质分泌至乳汁中，在收集产品时可以不损害动物个体，因此能够进行廉价地大量地生产。此外，转基因动物能有效地回避不利基因，使有利性状转移到高产性能的种系中来，以减少回交所需的劳力、财力和时间。近年通过转基因技术产生的一些实验动物模型为基础理论研究和医学实践提供的方便。
自“超级小鼠”诞生以来，它对整个生命科学产生了全局性的影响，因此在1991年第一次国际基因定位会上被公认为是遗传学中继染色体连锁分析（20世纪初）、体细胞遗传（20世纪60年代）和基因重组技术（20世纪70年代）之后的第四代技术，并被列为生物学发展史上126年以来第十四个转折点。
由于转基因动物是在其基因组中稳定地整合有以实验方法导入的外源基因特定DNA片段的动物。因此理论上任何动物都可以通过性系基因操作制成相应的转基因动物，如转基因羊、转基因鸡、转基因鱼、转基因鸟类等等，但目前以哺乳类转基因动物居多。按基因导入方式的不同，可将转基因动物大致分为三大类：随机插入型、同源重组基因剔除型和同源重组基因替换型。随机插入型，就是将外源基因插入到动物的基因组中；同源重组基因剔除型，就是利用基因的同源重组，将动物某个基因的重要部分置换掉，使该基因遭到破坏；同源重组基因替换型，就是利用基因的同源重组，将动物有缺陷的基因置换成正常基因，从而恢复该基因的功能。
转基因动物技术的崛起除能提供科学研究所用的动物模型外，还能为人类提供各种药用蛋白质，具有很高的经济价值。1990年12月，荷兰一家制药公司通过转基因动物手段，培育出世界上第一头转基因乳牛。它的牛奶中含有人乳铁蛋白。该蛋白为天然有机铁，很易被机体吸收，孕妇、婴儿和缺铁性贫血病人十分需要。用这种转基因牛生产的牛奶制成的奶粉估计年产值可达50亿美元左右。1991年美国一家制药公司用转基因绵羊生产α——1抗胰蛋白酶（α1——AT，能治疗囊性纤维化病）获得成功，其表达量最高可达每升羊奶中含60克α1——AT。另一英国科学家小组将胰蛋白酶（可用于治疗肺气肿等疾病）基因转到山羊中，其中的一只每天可制造出价值7美元的胰蛋白酶，远比目前从动物胰腺中提取胰蛋白酶的产量高、成本低。以色列特拉维夫的武尔卡研究所培育的转基因山羊，每升羊奶含有10克人血清白蛋白，每头山羊一年就可提供10公斤该蛋白质。芬兰的科学家将人类红细胞生成素转入一头小母牛，预计它每年分泌的牛奶中可生产137磅该药物。我国科学家从1985年开始研究基因动物，业已获得人生长激素、干扰素、乙肝病毒的转基因小鼠、转基因羊等。采用转基因动物技术，为转基因药物产业化和家畜基因工程育种提供了基础条件。
此外，近年科学家们还设想能用转基因动物技术来改造动物器官，使移植到人体中的器官不产生或少产生免疫排斥反应，这无疑是人类健康事业的又一福音。在众多动物中，猪的器官在形状、大小和功能等方面都最接近人体器官。因此，科学家们决定首先从转基因猪着手研究。英国剑桥大学一个研究组在此方面捷足先登，已培育出转基因猪，其心脏带有人体特定基因，可使心脏移植不产生排异反应。可以设想，如果能规模生产可供器官移植用的转基因猪的心脏、肾脏和肝脏等，对人类而言，将是多大的福音。
转基因动物研究仅短短10余年，其成就为世人所瞩目。如何提高转基因的整合表达率、实现基因定点转移和发现供转基因所用的新基因是科学家们需要解决的问题。随着转基因技术的不断完善以及基因打靶等技术的日趋成熟，会使转基因动物研究更上一层楼，并更好地造福于人类。
2.借腹怀胎：人工胚胎移植
如果拥有了优良品种，如何在短时间内大量繁殖，迅速推广应用。这是畜牧业长期难以解决的问题之一。例如一头母牛，一年大约仅生一胎，得一头小牛犊。如此一个优良品种的孕育推广，非数十年难以有大成效。近10年来，由于生物技术的迅速发展及应用而形成胚胎移植技术，使这一难题迎刃而解。
所谓胚胎移植，也就是人们所说的“人工妊娠”或“借腹怀胎”。它是首先应用于繁殖家畜而发展起来的一种生物工程。
胚胎移植繁殖家畜的应用原理与过程是十分巧妙的。如牛在自然状态下每次卵只排1个，应用超数排卵技术可以使母牛多产卵。这就是在母牛发情周期的第9—14天时，注射作为排卵剂的促性腺激素。接着，2—3天后再注射黄体素，再过两天后母牛就会发情，并能超数排卵。原来只能排出1个成熟细胞的卵巢，一次就能排出10来个，甚至多达40个以上的成熟卵细胞。这时，选择优良公牛的精液，或者利用冷冻保存的良种精液，进行人工授精。等待人工授精的母牛发情后的第6—8天，从它的子宫内采取胚胎置于摄氏37度的环境中，于10小时内进行胚胎移植，这就是把它送入养母的子宫内。
胚胎也可保存于低温，或运往世界各地进行胚胎移植；还可以将胚胎暂时寄存在兔的输卵管内，使它继续发育2—4天，以便再运往远方进行移植。如果胚胎暂时不准备移植，可将它置于—196摄氏度下冻结保存；待将来移植时，把它解冻后仍能正常发育。不过，经冻结的胚胎的1/3会受到损伤。
那么，胚胎移植的效果怎么样呢？据实验统计，每头供体母牛经过本次超数排卵处理后，一般可获得6—7个正常的胚胎（即受精卵），正常的胚胎进行移植，妊娠率为50—60%，即可使3—4头牛妊娠。还可能有更高记录，一头供体母牛经过一次超级排卵可以建立的妊娠数达30头之多。通常，一头母牛每年可以诱发排卵17次，但在进行超数排卵时，大多间隔60—80天。如果一年进行5次超数排卵，那么，一头供体母牛每年就应使17—18头养母牛妊娠，若将流产等因素估计在内，它也可能繁育出15头左右的牛犊。据最高记录，可育出50余头。这与平常的母牛一年一犊相比，胚移植无疑有非常高的繁殖效率。
胚胎移植已在世界各地普遍开展。英国剑桥大学的科学家波尔格于1980年用卵细胞培育成胚胎，创造了“试管牛”。1987年2月10日，保加利亚北部苏门州的一个水牛饲养试验站生下1头试管水牛。这次水牛胚胎移植是保加利亚和美国的畜牧专家共同合作的研究成果，它为比较充分地利用水牛的遗传因子开辟了新路。
原苏联在胚胎移植方面取得了比较显著的成绩。如国立莫斯科大学和一些研究所的科学家们于1982年研究出了使母年的卵细胞在试管里受精的方法。培养出的受精卵可以冷冻起来，并建立胚胎库。全苏畜牧研究所对牛的超数排卵、胚胎冷冻和移植开展了大量的研究。该所科研人员于1980年将黑白花牛胚胎从莫斯科运至哈萨克斯坦。其中一部分贮于液氮（-190℃）中，经过移植，于1984年7月生下1只公牛犊，重43.5公斤。据称，这是苏联第一次远距离运输胚胎所产的牛犊。1982年8月该所从西德空运了牛冷冻胚胎20个（黑白花和西门塔尔牛各10个）。然后，他们同西德专家一起，将冷冻胚胎移植获得了3头牛犊，出生时体重平均为33.3公斤，其中一胎双犊。这是世界上第二次通过胚胎移植获得单精合子的双犊。西门塔尔牛犊胚胎移植，有6头母犊怀孕，获得4头小牛，平均重为38.2公斤。
自1986年以来，日本的牛胚胎移植也取得进展。日本农林水产省福岛种畜场在世界上首次将体外授精得到的受精卵经冷冻保存后进行移植，获得了两头牛犊，初生重分别为45公斤和22公斤。
近几年来，应用生物工程繁殖牛除采用了超数排卵技术、体外授精、人工授精之外，还采用了卵分割技术，然后再进行胚胎移植。所谓卵分割技术是把胚胎内的细胞一个个分离开，变成单个受精卵细胞，再进行繁殖研究，其目的是用人工方法促进一个受精卵双犊、4犊等。
1984年2月，日本进行了卵分割的实验，并首次成功地降生1胎小牛。科研人员先给5头荷兰种乳牛分别注射排卵诱发剂，促进其超数排卵，然后进行人工授精，取出发育至桑椹期的受精卵在显微镜下切割后，分别进行胚胎移植，结果在8头受孕牛中，有1头生下了遗传成分相同的小牛。据称，采用这种技术，从理论上讲，1头母牛一生可产百头以上的小牛。这将为扩大繁殖良种开辟新的途径。采用人工分割受精卵移植在世界上已有数十例，在日本还是首次。日本称此方法为快繁殖种畜法。
这项技术的开发在世界一些国家迅速发展起来，美国、西欧和日本等国格外突出。据报道，英国已有进行一分为四的受精卵移植的事例，但还着重于基础研究。在实验室阶段的技术水平日本和欧美相比差不多，但实用化技术方面，日本已领先一步。
日本的雪印公司和明治公司采取的技术大致一样。卵受精后，细胞数为32个到64个。科研人员使用装有锋利的玻璃片的显微操作设备，把受精卵切割为二，其细胞数相同。受精卵放在被称作透明带的壳里，另一半移入到另外的空壳。然后，把分割为二的受精卵移入另一头雌牛的子宫，使之着床。
福岛种畜牧场还采用新的分割方法即用被称作微细刃的剃头刀式细刀刃，把细胞数为64个的受精卵切为两部分，并把两个细胞团放在作容器的壳里，转动半圈，以免切口又相继连结起来。
日本先行小组致力于研究受精卵的冷冻保存和检验性别方法。各地的畜产试验场和大学以及民间企业也开始研究冷冻保存技术和未分割的受精卵的移植技术。
胚胎移植不断开拓应用领域，美国科学家于1982年试验用羊胚胎移植技术繁殖小羊，首次获得成功。
令人兴奋是，英国畜牧研究所于1983年8月17日公布了一项成果，这就是该所把绵羊、山羊的受精卵经过细胞融合。然后进行胚胎移植，培育出外形别具一格的“绵山羊”。由于这种羊具备两种羊的遗传特性，因而这种羊的个体的头部和尾巴都象山羊，而身子和角却像绵羊。这种羊的个体比绵羊和山羊都大，毛绒的产量也超过一般的羊。这就有点神话中的异兽的色彩了。
胚胎移植还向猪、马等难以进行受精卵移植的家畜扩展。中国台湾在英国剑桥大学留学的研究生郑登贵首次成功地繁殖了4只试管小猪。他先收集雄性猪的精子和雌性猪的卵子，使之在试管内完成受精，再将受精卵移入母体内发育。有家纸评论说，世界上第一头试管猪的诞生，将为猪的胚胎移植开拓不可限量的前途。
马的胚胎移植是由波兰和英国科学家于1985年首次试验成功的。波兰科学院遗传学和牲畜饲养所一位副所长透露，马胚胎（受精卵）在从波兰种母马排卵后的第7天取出后，在零下196℃的液态氮中冷冻3周。胚胎从波兰运抵英国以后，首先解冻，然后植入波尼（矮马）种的母马体内，11月之后，1匹健康而活泼的波兰种马驹在英国剑桥诞生。波兰科学家认为，这项试验成果表明，马胚胎冷冻运输技术非常适用于牲畜饲养业，尤其适应于繁殖珍贵的赛马。
1985年8月22日，在英国伦敦动物园出现了1匹胚胎移植的斑马，给动物园增添了光彩。这头胚胎移植的斑马经过了369天的妊娠后，顺利降生。这匹斑马是伦敦动物学院和剑桥良种繁殖动物协会为保存珍贵动物品种而进行合作研究的成果。据称，这是世界上第二只胚胎移植马。
胚胎移植技术应用于畜牧生产，可以使遗传优越的母畜从怀孕和哺乳过程中解救出来，变成供应优良胚胎的活的机体，从而加速优良个体的繁殖，可以大幅度地提高畜牧业的生产力。这方面已经在美国畜牧业有了惊人的表现。据统计1983年美国全国牛奶靠1100万头奶牛供应，但是过去却需要2800万头牛。目前，美国60—70%的奶牛是通过使用冷冻精子、人工授精技术繁殖出来的。这将使整个奶牛群体的父本减少为不到100头良种公牛，最近几年美国进一步采用胚胎移植技术，将使全国的良种供体母牛也减少到100头左右。
由于母畜每年产仔率的提高，以及胚胎便于运输，促进了良种繁殖的商品化。另据报道，美国畜牧生物技术产业发展十分迅速。从事牛的受精卵的分割移植的大公司格拉纳达公司已经发展成为10亿美元的企业，还开始了马和虾的胚胎移植等多方面经营。以这家公司为首，全美国已经有了大约200家企业从事这个事业，进行良种肉牛和奶牛的生产，技术竞争十活跃。
3.神奇的“快速养鱼法”
既然基因技术能够在老鼠身上创造奇迹，培养出了“超级鼠”，那么在其他种类的动物上能否创造奇迹，答案当然是肯定的。采用培养转基因小鼠的显微注射技术，科学家们首先在鱼类上作了尝试。法国的Chourout等在1986年就做了虹鳟鱼受精卵不同发育时期注射外源基因整合率与孵化率的关系实验。中国科学院水生生物研究所的科学家也在1986年开始了鱼类基因转移定向育种的实验。他们设计了一套显微注射装置，成功地将生长激素基因（hGH）注入鲫、鲤、泥鳅、团头鲂和土鲮鱼的受精卵，迈开了培育转基因鱼的步伐。当时，他们的转基因鲫鱼繁殖了子一代，证实外源基因可通过性腺传递；在转基因的泥鳅中产生了快速增长的个体；此外，他们还构建了完整的草鱼和鲤鱼基因文库，完成了鲤鱼生长激素基因的初筛等。此项成果在世界上开创了鱼类基因转移的研究领域，具有国际领先水平。经过数年努力，他们的研究已进入中试阶段，四倍体复合银鲫可通过雌核发育方式繁衍后代，现已进入中试的“9031”品系的生长比其母本（D系导育银鲰）约快8.7%，比普通异育银鲫（混合品）约快15%。复合三倍体鲤鱼系是以散鳞镜鲤与兴国红鲤的杂种为母体与另一种鲤鱼为文本人工选育而成的。这两种转基因鱼的中试养殖面积分别达到145亩和200亩。又据悉，1996年初，一种兼有鲤鱼生长快和鲫鱼肉鲜美等特点的“转基因鲫鱼”，在黑龙江省应用微生物研究所问世，并于最近通过了有关部门鉴定。实验表明，此“转基因卿鱼”平均生长速度比普通鲫提高了10%左右，且肉质无任何改变。
在转基因鱼的研究上，英国、菲律宾的科学家合作开始的改进罗非鱼的转基因项目研究取得成功。他们培养出一种超级雄性鱼，比雌雄罗非鱼混合的鱼池增产了60%；和用荷尔蒙处理的鱼池相比，鱼产量也要高出30%。据美国《生物技术快讯》报道，加拿大温哥华的研究人员研究的使大马哈鱼生长周期缩短一半的技术也可望成功。他们将红大马哈鱼的生长激素基因植入300多个银大马哈鱼的卵内。一年后，在存活的银大马哈鱼中，6.2%的银大马哈鱼表达了该基因。转基因大马哈鱼平均较对照组的非转基因大马哈鱼重11倍，但鱼体变化较大，有一条鱼其大小是非转基因大马鱼的37倍。而且，他们正进一步研究转基因大马哈鱼肉质量、抗病性、脂肪与蛋白质的比例以及评估该遗传特性给后代的可靠性。
4.转基因动物研究的应用前景
每当科学家采用一种新的手段，它总会带来出人意料的新的发现，因为自然的想象力要比人类丰富。随着转基因动物的进展，科学家们又有了新的收获。他们发现，转基因技术不仅可以培养优良品种，而且可以将哺乳动物作为活体生物反应器，生产珍稀蛋白质和基因工程药物。自20世纪80年代末，科学家们开始这方面的尝试，并且很快产生了令人惊喜的成果。美国集成化遗公司从重组型转基因小鼠乳中得到了TPA。TPA是人组织型纤溶酶原激活剂，有溶解血栓的作用，是珍贵的药品。这一成功证明转基因技术还可使牲畜转变成生产各种重要医用蛋白质的工厂。其巨大的应用潜力立即使这方面的研究成为新的热点。
1990年，美国加州的GenPham公司培育成功一头转基因公牛——Herman，并且已经生下转基因幼仔，成为16头小牛的父系，这其中有一半是转基因小牛。Herman是世界上第一头转基因公牛，它带有人乳铁蛋白的基因。乳铁蛋白是一种在人乳中产生的抗菌蛋白，但在奶粉加工中损失。其结果是，用奶粉喂养的婴儿与母乳喂养的相比有肠道感染倾向，并且不易吸收足量的铁。这种蛋白还具有抗菌作用，用它可制成更加理想的母乳代用品。该公司目前已培育出了数十头转基因奶牛。他们计划拥有2000头左右能产生铁乳蛋白的奶牛，以满足约为50亿美元的世界婴儿奶粉市场的年需求量。
ATT是一种能够抑制胰肽酶E的血清蛋白，胰肽酶在组织更新过程中，起着降解蛋白质的作用。ATT缺陷是一种最常见的遗传病，在欧洲和北美的患者就超过10万。苏格兰的一家药用蛋白公司在1994年宣布拥有了30只能够在其奶中表达高达30%，占羊奶总蛋白50%以上的转基因绵羊，转入的基因已稳定遗传了3代。该公司计划把AAT的全世界销售权转让给Bayer公司。估算其潜在的市场价值为1亿美元。
人类抗凝血酶Ⅲ（AT-Ⅲ）用于治疗遗传性AT-Ⅲ缺损病，其世界市场超过3亿美元。这种酶一直是从人血浆制备中得到，但目前美国马里兰州的Genzyme转基因公司已经获得了每升羊奶中含有7克AT-Ⅲ提供了可能性。又据报道，Genzyme公司在1995年培育出了能在乳中表达单克隆抗体（Mabs）的转基因山羊。单克隆抗体在癌症的诊断及治疗上均有很大作用。由于单克隆抗体具有进入人体以后，能够定向地识别某些癌细胞并且跟癌细胞结合的特点，科学家们就在单克隆抗体上面接上一些能够杀伤癌细胞的东西，使其能够像导弹一样，准确地找到癌细胞并把它杀死。所以，被称之为生物导弹。这种抗体成本较高，而这种转基因山羊每升乳中能产生4g多单克隆抗体，这无疑是一个巨大进步。10余头山羊即可代替目前一家大制造工厂的批量生产能力。
血清白蛋白是一种价格昂贵，每公斤2000～2500美元的蛋白质，它是人体血浆的主要成分，历来从人体中提取。由于艾滋病和肝炎，人们不愿意使用从人体中提取的白蛋白。以色列的戴尔卡尼研究所的科学家经过7年研究，于1995年1月的培育成功一只体内含有人体血清蛋白基因的山羊。目前科学家们正努力使它繁殖后代，打算从它的雌性后代的奶中提取白蛋白。据估计，每只山羊每年可提供10公斤这种蛋白质。
将猪作为活的生物反应器的开发显示了更为可观的前景。早在1987年，美国DNX公司就开始培育能够生产人的血红蛋白的转基因猪。转基因血红蛋白不含HTV病原，输血时无需作血型分析和匹配，且有效放置时间较长（42天）。作为人血的理想替代品，其经济效益自然是极大的。该公司在1992年已得到近10头这种转基因猪，他们采用离子交换柱层析法，可从转基因猪血中回收到95%的人血红蛋白，纯度达99%。既然猪的血可以变成纯度达99%的人血红蛋白，那么，为什么就不能将猪的基因经过重组，使其器官含有人体蛋白，用于人体器官的移植呢？这不是不着边际的幻想。
英国科学家最先着手了这一大胆的尝试。他们把人体基因注入近2500个猪的受精卵中，获得49头带有人体基因的猪仔，其中38头猪存活；再用这些转基因猪进行杂交；获得第二代猪，研究发现其器官中的人体基因及人体蛋白的含量比第一代猪增加了一倍。美国的几家生物工程公司也分别采用这种办法，使猪体内，包括内脏主要器官中出现了人体内才有的蛋白质，从而使猪与人的主要内脏器内在成分的彼此差异程度得以缩小，使猪心肝等在人体内受到免疫系统排斥的程度明显降低。在迄今的试验中，植入带有人体基因的猪心后，猴子的最长存活期为63天，平均存活期也已经达到40天。这些试验证明，带有人体基因的新型猪的器官能够较为有效地抑制对异体器官的排斥。英国科学家杰弗里、普拉特博士充满信心地说：“研究结果表明，我们的这种方法有朝一日将能解决供移植的人体器官不足的问题，给器官衰竭的晚期病人带来福音。”据不完全统计：全世界每年平均有近200万名病人需要进行心、肾等主要内脏器官的移植，但能够获得的捐献器官的数量却极其有限。“为了人类的未来”，这是一个深刻的而又久远的话题，但又是一个平凡而又现实的想法。未来属于下一代。所以，每个人都希望把自己优良的遗传素质传给下一代，把不良的遗传素质消除掉，这样，便会一代更比一代强。然而，事实远非人们想像中的那样简单和美好。遗传病，这种由于遗传基础发生变化引起的疾病，在我们的生活中依然屡见不鲜。几十年来，人们就一直在探求治疗遗传病的方法。到20世纪70年代，随着基因工程的进展，人们尝试用基因工程在基因水平上治疗某些遗传病已不再是可望而有可及的梦想。