1、第第2节节 动动物细胞工程物细胞工程三三 动物体细胞核移植技术和克隆动物动物体细胞核移植技术和克隆动物 毫毛来自毫毛来自体细胞体细胞，科科学技术发展到现在，学技术发展到现在，我我们能用体细胞们能用体细胞“变变”出出猴来吗？猴来吗？ 20172017年，我国科学年，我国科学家通过家通过动物细胞核移植动物细胞核移植技术技术首次培育了体细胞首次培育了体细胞克隆猴克隆猴。 将动物一个细胞的将动物一个细胞的_移入移入_中，使这中，使这个个_发育成发育成_，继而发育成，继而发育成_的技的技术，称为术，称为动物体细胞核移植技术动物体细胞核移植技术一、动物体细胞核移植技术和克隆动物的概念一、动物体细胞核移植技
2、术和克隆动物的概念1.1.概念：概念：细胞核细胞核去核的卵母细胞去核的卵母细胞重新组合的细胞重新组合的细胞新胚胎新胚胎动物个体动物个体用动物体细胞核移植技术得到的动物称为用动物体细胞核移植技术得到的动物称为克隆动物克隆动物。2.原理：原理：动物细胞核的全能性动物细胞核的全能性。3.类型：类型：胚胎细胞核移植胚胎细胞核移植： 胚胎细胞分化程度胚胎细胞分化程度_，表现全能性，表现全能性_低低相对容易相对容易体细胞核移植：体细胞核移植： 动物体细胞分化程度动物体细胞分化程度_，表现全能性，表现全能性_高高十分困难十分困难因此动物体细胞核移植的难度明显因此动物体细胞核移植的难度明显高于高于胚胎细胞核移
3、植胚胎细胞核移植4.4.非人灵长类非人灵长类动物体细胞核移植的动物体细胞核移植的困难困难原因原因供体供体细胞的细胞核细胞的细胞核在在去核卵母细胞中去核卵母细胞中不不能完全恢复其能完全恢复其_前前的功能状态，这导致的功能状态，这导致了了_；胚胎发育率低胚胎发育率低对非人灵长类动物对非人灵长类动物_进行操作的技进行操作的技术尚不完善；术尚不完善；胚胎胚胎分化分化二、体细胞核移植的过程二、体细胞核移植的过程 （以体细胞克隆牛为例）（以体细胞克隆牛为例）采集采集牛卵巢中的牛卵巢中的卵母细胞卵母细胞，在体，在体外培养到外培养到MM期期从供体高产奶牛取取体细胞体细胞 显微操作去核显微操作去核（实际上是去去
4、除纺锤体除纺锤体-染色染色体复合物）体复合物） 动物细胞动物细胞培养培养将供体细胞注入去核卵母细胞将供体细胞注入去核卵母细胞电融合法电融合法使两细胞融合使两细胞融合供体核进入卵母细胞供体核进入卵母细胞形成重构胚形成重构胚激活重构胚激活重构胚使其完成细使其完成细胞分裂和发胞分裂和发育进程育进程早期胚胎早期胚胎用物理或化学方法：用物理或化学方法：（电刺激、（电刺激、Ca2+Ca2+载载体、乙醇、蛋白酶体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂）合成抑制剂）将胚胎移入（受体）代孕母牛生出生出与供体奶牛遗与供体奶牛遗传物质基本相同传物质基本相同的的犊牛（犊牛（克隆牛）1.1.该过程中应用到的技术该过程中应用到的技术动
5、物细胞核移植动物细胞核移植动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融合动物细胞融合早期胚胎培养早期胚胎培养胚胎移植胚胎移植2.2.选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因卵母细胞体积大，易操作卵母细胞体积大，易操作含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件3.3.将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：将供体细胞整个注入去核卵母细胞中的原因：保证供核不被破坏，操作也更方便保证供核不被破坏，操作也更方便。 目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作显微操作法法，也有人采用，也有人采
6、用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等等方法。这些方法时在方法。这些方法时在没有穿透卵母细胞透明带没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使的情况下去核或使其中的其中的DNADNA变性变性。相关信息相关信息有关体细胞核移植的问题有关体细胞核移植的问题1.1.在在将将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对对卵母细胞卵母细胞进行去核操作进行去核操作？ 为了为了使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞的动物提供的体细胞。2.2
7、.你认为用上述体细胞核移植你认为用上述体细胞核移植技术培育技术培育的克隆动物，是对体细胞供的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了体动物进行了100%100%的复制吗？为什么？的复制吗？为什么？不是对核供体动物进行不是对核供体动物进行100%100%的复制的复制克隆动物克隆动物绝大部分绝大部分DNADNA来自供体动物的细胞核来自供体动物的细胞核，但，但线粒体中的线粒体中的DNADNA（细（细胞质中的胞质中的DNADNA）同时来自供体细胞和受体卵母细胞）同时来自供体细胞和受体卵母细胞性状是性状是基因与环境共同作用基因与环境共同作用的结果，克隆动物所处的环境与核供体细的结果，克隆动物所处的环境与核供体
8、细胞生活的胞生活的环境不会完全相同环境不会完全相同；克隆动物在个体发育过程中有克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突变、染色体变异等可遗可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异传变异；3.3.体细胞核移植技术与诱导体细胞核移植技术与诱导iPSiPS细胞相比，有什么相似或不同之处？细胞相比，有什么相似或不同之处？请你预测它们应用前景的差异。请你预测它们应用前景的差异。 利用体细胞核移植技术和诱导利用体细胞核移植技术和诱导iPSiPS细胞细胞都能生成干细胞都能生成干细胞，但它们的，但它们的过程过程是完全不同是完全不同的。的。 通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物质的胚胎干细通过体细胞
9、核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物质的胚胎干细胞胞；诱导诱导iPSiPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态干细胞的状态。体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，一般情况下体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，一般情况下体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低；可诱导成为可诱导成为i iPSPS细胞的细胞来源相对广些，研究表明成纤维细胞、细胞的细胞来源相对广些，研究表明成纤维细胞、B B淋巴细胞、脂肪干淋巴细胞、脂肪干细胞等都可以诱导成为细胞
10、等都可以诱导成为i iPSPS细胞细胞。体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作核、融合等复杂的操作；诱导诱导i iPSPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践于生产实践。 目前科学家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、目前科学家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、DNADNA甲基甲基化等方面的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用。化等方面的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用。三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题三、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题1.
11、应用前景：应用前景：（1）畜牧生产：畜牧生产： 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。（2 2）医药卫生：）医药卫生： 通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许植技术培育转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。多珍贵的医用蛋白。（3 3）治疗人类疾病：治疗人类疾病：转基因克隆动物的细胞、组织或器官转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为可以作为异种移植异种移植的供体的供体；以以患者作为供体患者作为供体培育的培育的人核移植胚胎干细胞人核移植胚胎干细
12、胞，经过诱导，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以时可以避免免疫排斥反应避免免疫排斥反应；（4 4）科研方面：科研方面：研究克隆动物研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程；克隆一批克隆一批遗传背景相同遗传背景相同的动物，可以通过它们之间的的动物，可以通过它们之间的对比对比来分析致病基因来分析致病基因克隆克隆特定疾病模型特定疾病模型的动物，还能为的动物，还能为研究该疾病机制研究该疾病机制和和开发开发相应的药物相应的药物提供帮助提供帮助（5）保护濒危动物：保护濒危动物：
13、有望增加濒危物种的存活数量。有望增加濒危物种的存活数量。白鳍豚金丝猴大熊猫2.2.存在的问题存在的问题：（1 1）该技术的）该技术的成功率非常低成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进。各个技术环节有待进一步改进。（2 2）相对于技术研究，）相对于技术研究，核移植的理论研究较为滞后核移植的理论研究较为滞后，需要与发，需要与发育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研育生物学、细胞生物学和分子遗传学等学科更深层次的理论研究相结合。究相结合。（3 3）绝大多数克隆动物）绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷，如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。如体型过大、异常肥胖、发育困难、脏器缺陷和免疫失调等。
