1、现代生物学与现代医学第1页，共45页。学习目标学习目标n掌握克隆的概念。n熟悉动物克隆的基本方法。n了解克隆技术存在的问题。第2页，共45页。疾病的生物学机制1997年，英国科学家年，英国科学家Wilmut等宣布通过克隆技等宣布通过克隆技术，获得了世界上第一只来源于体细胞的克隆羊术，获得了世界上第一只来源于体细胞的克隆羊Dolly，“克隆克隆”问题成为科技问题成为科技界、法律界、宗教界、界、法律界、宗教界、各媒体及全社会密切关各媒体及全社会密切关注的话题。注的话题。第3页，共45页。克隆与医学第4页，共45页。克隆克隆(clone)指通过无性方式由单个细胞或个指通过无性方式由单个细胞或个体产生
2、的、和亲代非常相似的一群细胞或生物体产生的、和亲代非常相似的一群细胞或生物体，在不发生突变的情况下，一个克隆内的所体，在不发生突变的情况下，一个克隆内的所有成员具有完全相同的遗传构成。有成员具有完全相同的遗传构成。克隆与医学第5页，共45页。细胞克隆细胞克隆(cell cloning)是指一个祖先细胞经分是指一个祖先细胞经分裂，增殖而形成一群细胞，这些细胞具有相同的裂，增殖而形成一群细胞，这些细胞具有相同的遗传组成，该群细胞中的每一个细胞都含有相同遗传组成，该群细胞中的每一个细胞都含有相同的遗传组成和特性，亦称的遗传组成和特性，亦称无性繁殖细胞系无性繁殖细胞系。克隆与医学第6页，共45页。克隆
3、与医学克隆的概念强调克隆的概念强调O以无性的方式进行增殖或繁殖以无性的方式进行增殖或繁殖O一个克隆中的每一成员其遗传构成完全相同一个克隆中的每一成员其遗传构成完全相同第7页，共45页。克隆与医学克隆在分子水平的层次克隆在分子水平的层次O个体克隆个体克隆O组织器官克隆组织器官克隆O细胞克隆细胞克隆O分子克隆分子克隆第8页，共45页。生殖性克隆生殖性克隆(reproductive cloning)是指对生物是指对生物包括人个体的复制，即从被克隆的个体获得细胞之包括人个体的复制，即从被克隆的个体获得细胞之后，将其植入被去除了遗传物质的卵细胞中，通过后，将其植入被去除了遗传物质的卵细胞中，通过刺激使重
4、构胚分化发育到囊胚，然后植入母体的子刺激使重构胚分化发育到囊胚，然后植入母体的子宫里孕育，发育为与供体完全相同的遗传组成的个宫里孕育，发育为与供体完全相同的遗传组成的个体。体。克隆与医学第9页，共45页。治疗性克隆治疗性克隆(therapeutic cloning)是指出于治是指出于治疗目的而克隆人的胚胎，提取胚胎干细胞，并疗目的而克隆人的胚胎，提取胚胎干细胞，并使干细胞定向发育，培育出健康的可以修复或使干细胞定向发育，培育出健康的可以修复或替代坏死受损的细胞、组织和器官，然后移植替代坏死受损的细胞、组织和器官，然后移植，治疗疾病。，治疗疾病。克隆与医学第10页，共45页。在在治疗性克隆治疗性
5、克隆中，由于中，由于“预定预定”的细胞、组的细胞、组织器官的遗传信息与患者的完全相同，不会产生织器官的遗传信息与患者的完全相同，不会产生免疫排斥反应，无需使用免疫抑制剂；解决了组免疫排斥反应，无需使用免疫抑制剂；解决了组织工程和移植医学中细胞、组织器官的来源问题织工程和移植医学中细胞、组织器官的来源问题，同时也避免了伦理道德的限制。，同时也避免了伦理道德的限制。克隆与医学第11页，共45页。生殖性克隆生殖性克隆与与治疗性克隆治疗性克隆都是以细胞核移植为都是以细胞核移植为基础，生殖性克隆的目的是要得到一个个体，基础，生殖性克隆的目的是要得到一个个体，而治疗性克隆只需要得到早期胚胎，然后从早而治疗
6、性克隆只需要得到早期胚胎，然后从早期胚胎中分离得到期胚胎中分离得到ES细胞，再将细胞，再将ES细胞分化为人细胞分化为人们所需的细胞，进行细胞移植治疗或用以构建组们所需的细胞，进行细胞移植治疗或用以构建组织工程化组织或器官。织工程化组织或器官。克隆与医学第12页，共45页。克隆与医学生殖性克隆生殖性克隆治疗性克隆治疗性克隆最终产品最终产品动物或人动物或人 可用于治疗的细胞、可用于治疗的细胞、组织或器官组织或器官 目的目的复制动物或人复制动物或人 修复受损的组织器官修复受损的组织器官 需要时间需要时间胚胎发育整个时间胚胎发育整个时间 短，几周短，几周移植子宫移植子宫需要需要不需要不需要法律限制法律
7、限制对人禁止对人禁止美、德等国反对；英、美、德等国反对；英、中等国支持中等国支持 第13页，共45页。克隆与医学第14页，共45页。动物克隆技术的理论依据是细胞具有全能性。从动物克隆技术的理论依据是细胞具有全能性。从理论上讲，动物体内几乎所有的细胞，包括已分化的理论上讲，动物体内几乎所有的细胞，包括已分化的体细胞，细胞核中都含有完全相同的遗传信息，具发体细胞，细胞核中都含有完全相同的遗传信息，具发育的全能性。受体卵细胞质中含有启动细胞核育的全能性。受体卵细胞质中含有启动细胞核重新编重新编程程(reprogramming)的各种因子，供体核在卵细胞质的各种因子，供体核在卵细胞质内因子的作用下，可
8、以重新回到未分化状态。内因子的作用下，可以重新回到未分化状态。克隆与医学第15页，共45页。胚胎分割胚胎分割(embryo splitting)技术是指在技术是指在2细胞细胞期至囊胚期以前的早期胚胎用酶或者是机械方法分期至囊胚期以前的早期胚胎用酶或者是机械方法分割，然后由分割的细胞分别发育产生新个体。割，然后由分割的细胞分别发育产生新个体。用胚胎分割技术产生的后代数量有限，但方法较用胚胎分割技术产生的后代数量有限，但方法较简单，可有效地获得同卵孪生后代。简单，可有效地获得同卵孪生后代。克隆与医学第16页，共45页。利用细胞拆合或细胞重组技术，将卵母细胞利用细胞拆合或细胞重组技术，将卵母细胞去核
9、作为核受体，以不同来源和阶段的早期胚胎去核作为核受体，以不同来源和阶段的早期胚胎细胞或体细胞或含少量细胞质的细胞核即核质体细胞或体细胞或含少量细胞质的细胞核即核质体作为核供体，将后者移入前者中，构建重组胚，作为核供体，将后者移入前者中，构建重组胚，供体核在去核卵母细胞的胞质中重新编程，启动供体核在去核卵母细胞的胞质中重新编程，启动卵裂，开始胚胎发育过程。卵裂，开始胚胎发育过程。克隆与医学第17页，共45页。供体细胞的准备供体细胞的准备用于细胞核移植的用于细胞核移植的供体供体(donor)细胞有：细胞有：早期早期胚胎细胞胚胎细胞、胚胎干细胞胚胎干细胞、胚胎成纤维细胞胚胎成纤维细胞和和体细体细胞胞
10、，它们可来自活体或体外培养的细胞。，它们可来自活体或体外培养的细胞。克隆与医学第18页，共45页。受体细胞的准备受体细胞的准备核移植的核移植的受体受体(recipient)细胞有：细胞有：去核卵细胞去核卵细胞、受精卵受精卵和和2细胞胚胎细胞胚胎，其中多以卵细胞作为受体，其中多以卵细胞作为受体。卵细胞一般采用超排卵法或卵巢的卵泡，经体。卵细胞一般采用超排卵法或卵巢的卵泡，经体外培养成熟而获得。将收集到的受体细胞经显微外培养成熟而获得。将收集到的受体细胞经显微操作或其他方式去除细胞核。操作或其他方式去除细胞核。克隆与医学第19页，共45页。核移植核移植利用显微操作技术，将供体核移入去核受利用显微操
11、作技术，将供体核移入去核受体细胞质形成重构胚。体细胞质形成重构胚。克隆与医学第20页，共45页。重构胚的培养及移植重构胚的培养及移植完成核移植后形成的单个细胞在体外培养完成核移植后形成的单个细胞在体外培养一段时间，移入雌性子宫或输卵管进行发育，一段时间，移入雌性子宫或输卵管进行发育，或者是移入离体输卵管（同种或异种）进行体或者是移入离体输卵管（同种或异种）进行体外培养，再移入雌性子宫或输卵管进行发育，外培养，再移入雌性子宫或输卵管进行发育，直到出生。直到出生。克隆与医学第21页，共45页。克隆与医学体细胞克隆技术示意图体细胞克隆技术示意图第22页，共45页。克隆与医学O供体细胞不一定是核，可以
12、是含部分细胞质甚至是供体细胞不一定是核，可以是含部分细胞质甚至是整个细胞整个细胞O不进行核移植，而是用细胞融合技术，使供核细胞不进行核移植，而是用细胞融合技术，使供核细胞与去核卵细胞融合获得重构胚与去核卵细胞融合获得重构胚第23页，共45页。在核移植的基础上获得重构胚，体外培养至囊在核移植的基础上获得重构胚，体外培养至囊胚，分离内细胞团细胞，培养、筛选、获得与供体胚，分离内细胞团细胞，培养、筛选、获得与供体核完全相同的遗传组成胚胎干细胞。核完全相同的遗传组成胚胎干细胞。对胚胎干细胞进行对胚胎干细胞进行(或不进行或不进行)基因修饰，然基因修饰，然后定向诱导分化成为预定的细胞、组织和器官。移后定向
13、诱导分化成为预定的细胞、组织和器官。移植入患者病变部位，替代病损细胞、组织、器官，植入患者病变部位，替代病损细胞、组织、器官，达到治疗的效果。达到治疗的效果。克隆与医学第24页，共45页。克隆与医学治疗性克隆技术示意图治疗性克隆技术示意图Somatic cell nuclear transfer directdifferentiationReplacetherapyEstablish ofES cells第25页，共45页。克隆与医学第26页，共45页。将转基因技术与克隆技术有机结合，以动物将转基因技术与克隆技术有机结合，以动物体细胞为受体，将药用蛋白基因以体细胞为受体，将药用蛋白基因以DNA
14、转染的方转染的方式导入能进行传代培养的动物体细胞内，再以这式导入能进行传代培养的动物体细胞内，再以这些携带目的基因的体细胞为核供体，进行动物克些携带目的基因的体细胞为核供体，进行动物克隆。隆。克隆与医学第27页，共45页。应用克隆技术还可构建应用克隆技术还可构建疾病动物模型疾病动物模型，以研，以研究疾病的发病机制、治疗方案和防治措施。也可究疾病的发病机制、治疗方案和防治措施。也可应用体细胞克隆技术和干细胞技术研究疾病基因应用体细胞克隆技术和干细胞技术研究疾病基因组、功能基因组以及基因的功能。组、功能基因组以及基因的功能。克隆与医学第28页，共45页。组织工程组织工程(tissue engine
15、ering)是近年来发展起来是近年来发展起来的一门新兴交叉学科，它是应用工程学和生命科学的一门新兴交叉学科，它是应用工程学和生命科学的原理和方法，创建组织和器官或替代物，植入体的原理和方法，创建组织和器官或替代物，植入体内，修复组织缺损，替代损伤的组织、器官，达到内，修复组织缺损，替代损伤的组织、器官，达到提高生活、生存质量，延长生命的目的。提高生活、生存质量，延长生命的目的。克隆与医学第29页，共45页。利用治疗性克隆技术获得组织工程所需的胚胎利用治疗性克隆技术获得组织工程所需的胚胎干细胞可用于培育各种组织、器官进行移植；也可干细胞可用于培育各种组织、器官进行移植；也可接种于由生物可吸收材料
16、构成的三维结构中，经过接种于由生物可吸收材料构成的三维结构中，经过适当培养，形成具有一定组织结构的移植物，移植适当培养，形成具有一定组织结构的移植物，移植于受损伤部位，细胞继续分裂、分化、重组成新组于受损伤部位，细胞继续分裂、分化、重组成新组织，避免排斥反应。织，避免排斥反应。克隆与医学第30页，共45页。克隆技术与基因疗法结合使用，能全面、彻克隆技术与基因疗法结合使用，能全面、彻底、高效地治疗遗传性疾病。底、高效地治疗遗传性疾病。但这只是理想的愿望，要克服技术上、伦理上的但这只是理想的愿望，要克服技术上、伦理上的诸多困难，在目前情况下是不行的。诸多困难，在目前情况下是不行的。克隆与医学第31
17、页，共45页。克隆技术克隆技术是一种无性繁殖技术，也称为是一种无性繁殖技术，也称为生物生物复制技术复制技术，体细胞克隆技术的发明和发展极大地，体细胞克隆技术的发明和发展极大地扩大了核供体的来源，利用其优势，复制实验扩大了核供体的来源，利用其优势，复制实验动物成为一个主要用途。动物成为一个主要用途。克隆与医学第32页，共45页。利用优良动物品种的体细胞作核供体克隆利用优良动物品种的体细胞作核供体克隆动物，可以避免在自然条件下选种受动物育种动物，可以避免在自然条件下选种受动物育种周期和生育效率的限制，从而大大缩短育种年周期和生育效率的限制，从而大大缩短育种年限，提高育种效率。限，提高育种效率。克隆
18、与医学第33页，共45页。对优良动物品种的基因，利用活体传代保存往往对优良动物品种的基因，利用活体传代保存往往费时、费力，可将其细胞、组织或胚胎进行低温保存费时、费力，可将其细胞、组织或胚胎进行低温保存，待需要时解冻复苏，利用克隆技术便可产生克隆动，待需要时解冻复苏，利用克隆技术便可产生克隆动物。物。克隆与医学第34页，共45页。动物克隆技术还可用于拯救濒危动物。动物克隆技术还可用于拯救濒危动物。克隆与医学第35页，共45页。克隆动物由于其遗传背景相互一致，可以克隆动物由于其遗传背景相互一致，可以基本上消除动物实验中的个体差异，减少实验基本上消除动物实验中的个体差异，减少实验误差，克隆动物本身
19、就是最好的实验动物。误差，克隆动物本身就是最好的实验动物。克隆与医学第36页，共45页。应用克隆技术可使不孕症患者实现做父母的愿望应用克隆技术可使不孕症患者实现做父母的愿望；使痛失骨肉的亲人重温天伦之乐；为许许多多不治；使痛失骨肉的亲人重温天伦之乐；为许许多多不治之症提供新的治疗方法。之症提供新的治疗方法。然而克隆技术的不完善、遗传和发育上的缺然而克隆技术的不完善、遗传和发育上的缺陷、对家庭结构和社会伦理等方面的冲击，都是陷、对家庭结构和社会伦理等方面的冲击，都是值得认真对待的问题，也成为目前情况下对克隆值得认真对待的问题，也成为目前情况下对克隆人持否定态度的理由。人持否定态度的理由。克隆与医
20、学第37页，共45页。克隆技术成功率低克隆技术成功率低克隆与医学第38页，共45页。克隆动物的部分个体出现生理或免疫缺陷克隆动物的部分个体出现生理或免疫缺陷体细胞克隆动物可出现克隆生物个体的死胎、早体细胞克隆动物可出现克隆生物个体的死胎、早产，或出生后不久死亡，以及各种先天性疾病，如畸产，或出生后不久死亡，以及各种先天性疾病，如畸形、免疫性疾病、早衰等。如克隆羊形、免疫性疾病、早衰等。如克隆羊Dolly出现早衰出现早衰现象。这可能与遗传印记作用受到破坏有关。现象。这可能与遗传印记作用受到破坏有关。克隆与医学第39页，共45页。理论研究相对于技术而言较为滞后理论研究相对于技术而言较为滞后O目前对
21、克隆动物各个环节缺乏清楚的理论认识，目前对克隆动物各个环节缺乏清楚的理论认识，对供体基因组的去分化和重新编程的机制不清楚对供体基因组的去分化和重新编程的机制不清楚O克隆的每一个操作环节上的失误克隆的每一个操作环节上的失误O供体细胞核的分化程度供体细胞核的分化程度 克隆与医学第40页，共45页。供体线粒体带入克隆动物体内供体线粒体带入克隆动物体内在核移植过程中，供体核带入一部分线粒在核移植过程中，供体核带入一部分线粒体。通过核移植的克隆动物实际上是一种对线体。通过核移植的克隆动物实际上是一种对线粒体遗传物质的嵌合体。应亟待解决动物克隆粒体遗传物质的嵌合体。应亟待解决动物克隆中这一问题，尽量减少或
22、避免供体线粒体的带中这一问题，尽量减少或避免供体线粒体的带入入。克隆与医学第41页，共45页。影响生物遗传多样性影响生物遗传多样性人类基因的多态性是人类生存和发展的基础，是人类基因的多态性是人类生存和发展的基础，是人类在地球上经过人类在地球上经过35亿年进化的产物。每个个体的亿年进化的产物。每个个体的基因组具有高度的整体性、对自然环境的适应性和基因组具有高度的整体性、对自然环境的适应性和协调性。克隆人相当于复制某一个体，必然破坏人协调性。克隆人相当于复制某一个体，必然破坏人类基因组的多样性。类基因组的多样性。克隆与医学第42页，共45页。克隆人改变了人类自然生殖方式克隆人改变了人类自然生殖方式
23、体细胞克隆是一种无性繁殖方式，是一种低级的体细胞克隆是一种无性繁殖方式，是一种低级的生殖方式。这是人类自然生殖方式的倒退。生殖方式。这是人类自然生殖方式的倒退。克隆与医学第43页，共45页。克隆与医学O克隆人影响构成社会的单元克隆人影响构成社会的单元家庭家庭O克隆人是对人的尊严的践踏，克隆婴儿像产品一克隆人是对人的尊严的践踏，克隆婴儿像产品一样在实验室里被制造和处理、生命的权利和尊严样在实验室里被制造和处理、生命的权利和尊严被人为操纵被人为操纵O如何平衡要求克隆的当事人的生育权和他对如何平衡要求克隆的当事人的生育权和他对后裔、对社会伦理责任的问题后裔、对社会伦理责任的问题第44页，共45页。克隆与医学治疗性克隆的三条原则治疗性克隆的三条原则O取得的材料，必须是自愿的，不能是骗来的或是取得的材料，必须是自愿的，不能是骗来的或是买来的，提供者有知情权买来的，提供者有知情权O胚胎细胞保留时间不能超过胚胎细胞保留时间不能超过14天，超过则有克隆天，超过则有克隆人之嫌人之嫌O不能将克隆的胚胎细胞植入人体子宫不能将克隆的胚胎细胞植入人体子宫第45页，共45页。
