1、第四节 克隆技术的应用和难题一、克隆技术的应用领域克隆技术已展示出广阔的应用前景和有价值的应用，概括起来大致有以下五个方面：（一）生产转基因动物转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一，转基因动物可作为医用器官移植的供体、作为生物反应器，以及用于家畜遗传改良、创建疾病实验模型等。但目前转基因动物的实际应用并不多，转基因动物制作效率低、定点整合困难所导致的成本过高和调控失灵，以及转基因动物有性繁殖后代遗传性状出现分离、难以保持始祖的优良胜状，是制约当今转基因动物实用化进程的主要原因。体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命，动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所
2、产生的种质创新效果提供了技术可能。采用简便的体细胞转染技术实施目标基因的转移，可以避免家畜生殖细胞来源困难和低效率。同时，采用转基因体细胞系，可以在实验室条件下进行转基因整合预检和性别预选。在核移植前，先把目的外源基因和标记基因（如LagZ基因和新霉素抗生基因）的融合基因导入培养的体细胞中，再通过标记基因的表现来筛选转基因阳性细胞及其克隆，然后把此阳性细胞的核移植到去核卵母细胞中，最后生产出的动物在理论上应是100的阳性转基因动物。采用此法，Schnieke等（Bio Report，1997）已成功获得6只转基因绵羊，其中3只带有人凝血因子IX基因和标记基因（新霉素抗性基因），3只带有标记基因
3、，目的外源基因整合率高达50。Cibelli（Science，1997）同样利用核移植法获得3头转基因牛，证实了该法的有效性。由此可以看出，当今动物克隆技术最重要的应用方向之一，就是高附加值转基因克隆动物的研究开发。目前，克隆技术在英国又有了新的进展，他们把这一技术应用于人类造血事业。英国的PPL公司是克隆技术的经济后台，它的主管罗思詹姆斯博士说：“从研究“多莉”中我们知道，我们可以用一个细胞制造出一只转基因动物。我们现在正利用这一技术生产人类血液中最重要的组成部分，也就是血浆”。他们与罗斯林研究所合作研究一种带有人类基因的牛和羊。他们先把动物体内的血浆取出，再取代人类的血浆，这种改变了基因的
4、牛和羊体内就含有人类血浆的重要成分，通过对这些动物的饲养、再克隆或繁殖，就可以得到稳定可靠而且相对便宜的血资源，据统计在英国每年产值可达150英镑。PPL公司还培育出羊奶中含有治疗肺气肿的a抗胰蛋白酶的母羊。这种羊奶的售价是6千美元一升。一只母羊就好比一座制药厂，用什么办法能最有效、最方便地使这种羊扩大繁殖呢？最好的办法就是“克隆”。同样，荷兰PHP 公司培育出能分泌人乳铁蛋白的牛，以色列LAS公司育成了能生产血清白蛋白的羊，这些高附加值的牲畜如何有效地繁殖？答案当然还是“克隆”。通过转基因技术提取的蛋白质比从血液中提取的产品更安全，因为这可避免如艾滋病和肝炎病毒传染的可能性。同时，这种药物的
5、成本也比由发酵技术生产的生物工程药物更加低廉，因为一只大型哺乳动物在它的乳汁中可产生大量的蛋白质。生物工程工业分析家们认为，这些药物蛋白质的市场年销额，1998年约为76亿美元，至2000年预计可达185亿美元。（二）胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法胚胎干细胞（ES）是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型，来替代那些受损的体内组织，比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。科学家们已经能够使猪ES细胞转变为跳动的心肌细胞，使人ES细胞生成神经细胞和间充质细胞和使小鼠ES细胞分化为内胚层细胞。这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。目前
6、，科学家已成功分离到人ES细胞（Thomson等1998，Science），而体细胞克隆技术为生产患者自身的ES细胞提供了可能。把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚，把重组胚体外培养到囊胚，然后从囊胚内分离出ES细胞，获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞，肌肉细胞和血细胞），用于替代疗法。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗，而非得到克隆个体，科学家们称之为“治疗克隆”。（三）克隆移植器官美国、瑞士等国已经能够利用克隆技术培植的人体皮肤进行植皮手术。曾经有一位美国妇女在一次煤气炉意外爆炸中受伤，75的体表被严重烧伤。医生从她的身上取下一小块未遭损坏的皮肤，送到一家
7、生化科技公司。一个月以后，该公司利用先进的克隆技术，培植出了一大块健康的皮肤，使患者迅速得以痊愈。这一全新技术避免了异体植皮可能出现的排异反应，给病人带来了福音。科学家们预言，在不久的将来，他们还将借助克隆技术制造出人的乳房、耳朵、软骨、肝脏，甚至心脏、动脉等组织和器官，供医院临床使用。（四）繁殖珍稀濒危动物世界上存在着一些数量极少的濒危动物，我国就有大熊猫、白鳍豚等。克隆技术能不能运用在它们的身上呢?关于对大熊猫进行克隆的问题，已经引起了有关科学家之间的争论，那么，克隆其他濒危动物还存在着哪些困难呢?这些困难有没有可能加以克服呢?困难之一是野生濒危动物与普通动物相比，目前存在世上的数量极少，
8、可供做克隆实验的个体就更少了。以白鳍豚为例，目前世界上剩下的还不足百头，在武汉白鳍豚馆内人工饲养的“淇淇”，是可供科学家进行克隆实验的少数个体之一，但它是雄性的，即使克隆成功，最后的克隆幼子也不可能由它来做“代理母亲”。在多利的诞生过程中，科学家共动用了3个“假妈妈”，总共使用了277个胚胎才取得最后成功的。因难之二是到目前为止，还有许多濒危野生动物的生长过程、生活习性等并不为人类所掌握。目前人类已经克隆成功的羊、兔、猪、猴等动物，人们对它们的生活习性了如指掌，克隆这些动物当然比克隆野生动物要容易得多了，其成功率自然也要大得多。困难之三是有些濒危动物的特殊生活环境，造成了科学家在克隆它们的过程
9、中会遇到许多意想不到的事情。例如，由于白鳍豚是生活在水中的哺乳动物，它和生活在陆地上的绵羊、恒河猴相比，生活环境完全不同，这样，在进行克隆实验的过程中，技术操作的难度将大大增加。因此，由于存在着上面这些困难，从理论上说，虽然克隆濒危野生动物是可行的，但是，依靠克隆技术拯救濒危动物的可能性却还是非常小的。不过，随着克隆技术的进一步发展，相信科学家会逐渐克服这些困难，让克隆濒危野生动物的理想真正实现，使这些珍贵的动物成为人类的朋友，让它们长久地成为我们这个世界的一部分。（五）用于基础研究克隆技术在基础研究中的应用也是很有意义的，它为研究配子和胚胎发生，细胞和组织分化，基因表达调控，核质互作等机理提
10、供了工具。二、克隆技术存在的难题尽管克隆技术有着广泛的应用前景，但离产业化尚有很大距离。因为作为一个新兴的研究领域，克隆技术在理论和技术上都还很不成熟，在理论上，分化的体细胞克隆对遗传物质重编（细胞核内所有或大部分基因关闭，细胞重新恢复全能性的过程）的机理还不清楚；克隆动物是否会记住供体细胞的年龄，克隆动物的连续后代是否会累积突变基因，以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。在实践中，克隆动物的成功率还很低，维尔穆特研究组在培育“多利”的实验中，融合了434枚移植核的卵细胞，仅获得了“多利”这一只成活羔羊，成功率只有0.23，同时进行的胎儿成纤维细胞和胚胎细胞的克隆实验的成功
11、率也分别只有1.7和1.1，即使是使用“檀香山”克隆技术，以分化程度较低的卵丘细胞为核供体，其成功率也只有百分之几。此外，生出的部分个体表现出生理或免疫缺陷。以克隆牛为例，日本、法国等国培育的许多克隆牛在降生后两个月内死去；到2000年2月，日本全国已共有121头体细胞克隆牛诞生，但存活的只有64头。观察结果表明，部分犊牛胎盘功能不完善，其血液中含氧量及生长因子的浓度都低于正常水平；有些牛犊的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常发育；克隆动物胎儿普遍存在比一般动物发育快的倾向，这些都可能是死亡的原因。即使是正常发育的“多利”，也被发现有早衰迹象。染色体的未端被称为端粒，它决定着细胞能够分裂的次数：每一次
12、分裂端粒都会缩短，而当端粒耗尽后细胞就失去了分裂能力。1998年，科学家发现“多利”的细胞端粒比正常的要短，即其细胞处于更衰老的状态。当时认为，这可能是用成年绵羊的细胞克隆“多利”造成的，使其细胞具有成年细胞的印记，但这一解释目前受到了挑战，美国马萨诸塞州的医生罗伯特兰扎等用培养的衰老细胞克隆牛，得到6头小牛，出生510个月后发现这些克隆牛的端粒比普通同龄小牛要长，有的甚至比普通新生小牛的端粒还长。现在还不清楚这一现象的原因，也不清楚为何与“多利”的情况有巨大差别。但这一实验说明，在一些情况下克隆过程能改变成熟细胞的分子钟，使其“恢复青春”，关于这种变化对克隆动物寿命的影响，还有待于进一步观察
13、。克隆技术在能够保护濒危野生动物，对生物的多样性有利的同时，也提出了挑战。由于生物多样性是自然进化的结果，也是生物进化的动力之一，因为复杂多变的自然环境，要求有尽可能多样的生物来与之适应，这也使得生物在适应这个环境过程中丰富和壮大了自身，从而才有了今天包括人类在内的生物种群的大繁荣、大兴旺。同时，从无性繁殖到有性繁殖，又是形成生物多样性的一大基础，是有性繁殖所造成的遗传基因的突变和积累，带来了生物家族的昌盛。如果经过克隆技术仅保存几种生物品系，这样，一旦出现了毁灭性的基因突变，其后果将不堪设想，而多样性则保障了生物种群各个分支最大限度地增加生存的儿率。这就是说，多样性就相当于一个数据库，多样性的程度越高，其发展的能量也越大，如果只有几个信息保存在这个“数据库”中，那么，生物的适应能力自然就会减弱，这也是近亲繁殖的生命个体为什么生存能力较弱的原因所在。2005年2月15日，世界上第一只体细胞克隆动物克隆羊多利已经因为肺部感染而死亡。它的寿命才7岁，而普通的羊平均寿命在12岁左右。多莉的早夭，又引发了新一轮关于克隆技术的缺陷的争论。5 / 5
