生个猴子有多难?“中中”“华华”诞生记

来源:    发布日期:2018-02-09 13:51:29   阅读量:0

拔根汗毛,吹口气,就能变出一大堆小猴子。“齐天大圣”孙悟空的这项绝活,如今真的成为了现实。

在中国科学院神经科学研究所、非人灵长类研究平台出生的两个猕猴宝宝“中中”“华华”萌化了所有人,它们时而一起嬉笑打闹,时而依偎着自己心爱的“Hello Kitty”毛绒玩具,时而瞪着大大的眼睛,好奇地望着这个世界。

这两个小猴子的“父母”,是中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越中心研究团队。经过5年不懈努力,他们在国际上首次实现了非人灵长类动物的体细胞克隆。这两只小家伙,也在一夜之间成为世界上最珍贵的一对小猕猴。

▲研究者怀中的 “中中”“华华” (图片来自网络)

克隆猴为何这么难?

自从1997年“多莉”羊体细胞克隆成功后,人类就打开了一扇新的窗户。

20年间,许多哺乳类动物的体细胞克隆相继获得成功,不仅诞生出马、牛、羊、猪和骆驼等大型家畜,还诞生了小鼠、大鼠、兔、猫等多种实验动物。

然而,与人类最为相近的非人灵长类动物的体细胞克隆,却一直没有得到解决,成为世界性难题。美国、中国、德国、日本、新加坡和韩国等多家科研机构在此方面进行不断探索和尝试,但始终未能成功。

从原理上看,似乎克隆猴和克隆羊、克隆猪、克隆牛没有太大区别。实际上区别也不大,但是任何技术的成熟,都需要摸清操作过程中的各种边界,各种环境条件,这都需要不断尝试,不断试错,才能形成一套完整的流程。然而,科学家没法像克隆猪、克隆牛一样,做大量的试验,取一枚猪或者牛的卵,可以说成本很低,但是灵长类的取卵成本就很高,这不仅是关乎经济成本,更关乎伦理成本。在欧美国家做灵长类的试验,需要经过繁琐的伦理审查,不到万不得已,不会同意拿猴子做试验。

“一个主要的限制因素,是供体细胞核在受体卵母细胞中的不完全重编程,导致胚胎发育率低。”本研究的作者之一、中科院神经科学研究所非人灵长类研究平台主任孙强说,“另外,非人灵长类动物胚胎的操作技术不完善,这些都影响了实验的成功。”

孙强介绍,克隆猴主要有三个难题。难题之一,是细胞核不易识别,“去核”难度大。作为受体的卵细胞,必须先把细胞核“摘除”,才能容纳体细胞的细胞核这个“外来户”。但是,猴的卵细胞核去核难度非常大。孙强团队中,博士后刘真是“去核”的主要操作者。借助显微设备,刘真用一双巧手反复练习,在最短时间内、用最小损耗完成“去核”工作,为后续的克隆工作奠定重要基础。

难题之二,是卵细胞容易提前激活。克隆过程中,体细胞的细胞核进入卵细胞时,需先“唤醒”卵细胞,然后才启动一系列发育“程序”。因此,“唤醒”的时机要求非常精准。但是,使用传统方式,猴的卵细胞很容易被提前“唤醒”,往往导致克隆“程序”无法正常启动。

难题之三,是体细胞克隆胚胎的发育效率低。被转移到卵细胞里的细胞核,突然要扮演受精卵的角色,“赶鸭子上架”很不适应,需要科学家采取多种手段“保驾护航”。如果“保驾”不力,绝大多数克隆胚胎都难以正常发育,往往胎死腹中。

2017年11月27日,世界上首个体细胞克隆猴“中中”在中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心非人灵长类平台诞生; 12月5日,“中中”的妹妹“华华”也顺利诞生。通过DNA指纹鉴定,“中中”和“华华”的核基因组信息与供体体细胞完全一致,证明姐妹俩都是正宗的克隆猴。

▲由于实验猴的卵细胞不透明,“去核” 难度较大。研究者需要反复练习来缩短处理时间,否则就会对细胞造成破坏(来源:新华社、新浪科技)

真正有用的动物模型

体细胞克隆猴是在中科院战略性先导科技专项“脑功能联结图谱与类脑智能研究”的支持下,完全由中科院团队独立完成的国际重大突破。

体细胞克隆猴的成功,为“动物模型家族”再添新成员。孙强介绍,如果实验对象的遗传背景不同,“实验组”和“对照组”的说服力就不够强。传统医药实验大量采用小鼠,很大程度上是因为鼠类可通过快速近亲繁殖,培育出大量非常相似的小鼠。

但由于小鼠和人类相差太远,针对小鼠研发的药物在人体检测时大都无效或有副作用。药物研发人员在小鼠模型上花费了巨大资源,但筛选到的候选药物用在病人身上,却大都无效,或有不可接受的副作用,这使得诸如阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病,以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病等不能得到有效治疗。

这让非人灵长类动物模型成为生命科学研究和人类疾病研究的急需。因此,除了基础研究上的重大意义外,利用体细胞克隆技术制作脑疾病模型猴,为人类社会面临的重大脑疾病的机理研究、干预、诊治带来了前所未有的光明前景。

“这项成果使猕猴有望成为真正有用的动物模型。”中科院院士、美国科学院院士、中科院神经科学研究所所长、脑智卓越中心主任蒲慕明说。

中科院院长白春礼也相信,体细胞克隆猴的成功,以及未来基于体细胞克隆猴的疾病模型的创建,将有效缩短药物研发周期,提高药物研发成功率,使我国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链,有力推动我国新药创制与研发,助力“健康中国2030”目标实现。

▲2016年,中科院上海神经所的仇子龙研究员团队在 《自然》杂志发表了经过基因修改的自闭症猴模型(来源: Engaget.com)

伦理问题?不存在的!

两只小猴子目前正在实验室里健康活泼地生活着,但人们的疑问也随之而来:克隆猴出来了,克隆人还会远吗?

对于这个公众高度关切的问题,蒲慕明明确表示,中科院做这项工作的目的,不是为了克隆人,而是为了提高人类健康、研究脑科学基本问题服务的。

相反,这项工作还可能使一些伦理争议得到化解——目前,中国每年出口数万只猕猴,主要用于药物筛选。在蒲慕明看来,这么大批量的动物实验,在伦理方面是有问题的。“我们做这项工作,就是要解决这一伦理问题。”

有了体细胞克隆猴技术,人们就能使用体细胞在体外有效地做基因编辑,准确地筛选基因型相同的体细胞,产生基因型完全相同的大批胚胎,用母猴载体怀孕出生一批基因编辑和遗传背景相同的猴群。

也就是说,中科院神经科学研究所的这项技术,让人们在一年内就能制备大批遗传背景相同的模型猴,大大减少了个体差异对实验的干扰。这样,只要使用很少数量的克隆猴,就能够完成很有效的筛选。

在蒲慕明看来,生命科学的伦理问题不仅仅是科学家需要注意的,更需要政府部门以及整个社会大众共同参与,通过立规、立法等方式,来约束人们的行为,做出正确的决策。

“对新技术,我们要重视,但不要害怕。”他最后补充说。■(本文综合自中国科学网、新华社、财新网)