童第周与克隆鱼:被遗忘的历史?
[克隆技术:在细胞水平改造人类]
克隆技术是基于人类对细胞的探索,进而根据主观的意志对其进行可操控的改造。
动物的细胞分为性细胞和体细胞,性细胞是指“直接参与有性生殖”的细胞,如精子和卵子,一个性细胞只携带一半的遗传信息,需要精子和卵子结合才能发育成新生命。体细胞是指分化成组织和器官的“定型”细胞,如皮肤细胞等,但每个体细胞都含有完整的遗传物质DNA。
动物克隆的基本技术是细胞核移植——将一个胚胎的细胞核移入一个去核的卵细胞中,或者将一个体细胞的细胞核经培育移入一个去核的卵细胞中,由此获得的成体动物叫克隆动物。所以克隆又有胚胎细胞克隆和体细胞克隆之分。
该技术曾经存在的理论瓶颈是:拥有完整DNA但已经分化“定型”的体细胞能够去分化、重新回到胚胎式的发育过程吗?一个已经分化的细胞究竟是只保留了相关的特定性能而丧失了其他所有基因呢?还是保留了所有基因组而只选择性沉默和启动个别基因?
[漫漫克隆路]
(1. 核移植概念的提出)
Hans Spemann早在1938年就指出:只有实验才能解答这个问题。他首先提出在多细胞动物中实验核移植的设想,即将一个已分化细胞的核移入去核的卵细胞中;如果这个重组的细胞能发育成正常胚胎,这将证明已分化的细胞核具有发育成所有类型细胞的能力。换句话说:分化的细胞核具有全能性。
(2. 第一个动物克隆实验)
1950年,美国费城Lankenau医学研究所的科学家Robert Briggs和同事Thomas King开始用多细胞动物做核移植实验。他们选择了北美洲的一种豹蛙做实验,因为豹蛙卵子直径达几毫米,而且容易获得。他们从豹蛙胚胎中取出一个细胞,用玻璃微针管取出其中的细胞核,再成功地将之注入到去核的卵细胞中。两年后,两人完善了移植技术。在豹蛙的一系列实验中,40%的重组卵发育成胚胎、蝌蚪和幼蛙,这是人类第一次培养出的细胞核移植蛙,即克隆蛙。
最初的成功来自胚胎细胞的细胞核,下一个问题是:已经分化的体细胞是否也还保留了发育成胚胎的全能性?他们又用发育到原肠核的细胞做实验,结果培育出了胚胎,但没有得到蝌蚪和青蛙。于是他们认为,已经分化的细胞具有发育的局限性。他们还用不同种类的青蛙来做实验,但未获成功,也因此认为物种间的核移植具有局限性。两人1957年得出结论:已经分化的细胞很难再发育成胚胎。
(3. 青蛙体细胞克隆实验)
英国牛津大学的生物学教授John Gurdon和同事突破了实验的禁区。非洲爪蟾是另一种两栖类动物,Gurdon 等在1958年的《自然》杂志上报告说:在已经分化的肠上细胞进行细胞核移植,有可能获得蝌蚪或蛤蟆。1974年,Gurdon和同事从蝌蚪的皮肤细胞中提取出细胞核,其中4%的核移植卵发育成了蝌蚪,说明已经分化的细胞能够去分化和再程序化。但是,Gurdon等用已分化的细胞核培育的胚胎只发育成了蝌蚪,没有变态为成蛙。科学家们由此推测:遗传材料不可逆转的变化阻止了体细胞的全面逆转。体细胞的全能性是有局限的。
(4. 1996年,多利羊诞生)
(5. 2003年,黄教授,这个就不要提了吧。)
[克隆:其实应该叫核移植]
在科学上,“克隆”这个词主要用来指“获得某一生物体的复制品”,它的适用面很广,包括基因、微生物或细胞等等。“克隆”这个词,比较恰当的用法,应该是描述研究的最终结果或者目标,而不是为实现最后目标而采取的技术。在很多情况下,获得某一生物体的复制品,实际上都可以用被称为“体细胞核移植”的技术来实现。目前,在大众传播领域,“克隆”一词已经几乎和“体细胞核移植”同义,结果就引起了很多混乱。
用“核移植”这个词来专指通过体细胞核移植技术获取干细胞的研究,可能更为合适。他们说,“核移植”的“核”,从概念上突出了细胞核基因材料从一个细胞转移至另一个细胞的过程;而“移植”,则体现了这项技术在再生医疗上的用途。
[童第周与克隆鱼]
鱼类的克隆研究,过去叫鱼类的细胞核移植,它首先是由已故中国实验胚胎学家、中国科学院海洋研究所前所长童第周教授于50年代末提出的。
童第周1979年3月30日在北京逝世,由他主持撰写的论文《鲤鱼细胞核和鲫鱼细胞质配合而成的核质杂种鱼》,以中英文发表在1980年第4期出版的《中国科学》上,论文报道了中国成功获得具有“发育全能性”克隆鱼的消息。这是世界上报道的第一例发育成熟的异种间的胚胎细胞克隆动物。
在汤姆森科学信息研究所的Web of Science上检索,这篇论文的引用率是零;而如果按童第周的名字检索,则没有这篇论文。
中国在克隆鱼领域的探索主要如下:1963年,中国科学家童第周等首次向国内外报道了鱼类的核移植研究;1980年,童弟周等报告在中国成功获得了第一批具有“发育全能性”的克隆鱼;1981年,中国科学院水生生物研究所科学家用成年鲫鱼的肾脏细胞克隆出一条鱼,证明成年鱼的体细胞也可去分化和再程序化,这比用成年体细胞克隆出的多莉羊早了15年。
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