辉夜姬孤雌小鼠实验的价值和意义,龙门阵中的生命秘密 9

海云青飞 点评:目前人类科学技术的发展的几乎每一步操作默认都会使生物退化,人类所到之处,生物的空间性都会降低,辉夜姬实验发表后,有人猜想 用两只雄性动物“构建”一个雄性后代或雌性后代的“无雌生殖”指出可能途径,这种技术是有可能实现的,但是生命会退化

2021-04-21


2010-09-12 23:36:52

标签: 科普连载 当代生物学 龙门阵 杂谈 分类: 科坛杂记

龙门阵中的生命秘密:现代生物技术学前沿/孙二虎(连载9)

“辉夜姬”:“多莉”之后的动物明星

1997年2月23日出版的国际科学杂志《Nature》刊载的一篇研究报告《来自哺乳类胎儿细胞和成细胞的活体后代》,公布了英国洛斯林研究所维尔穆特等人克隆羊 “多莉” 的研究结果。石破天惊,在全世界掀起持续几年的大波

现在,随着明星动物“多莉”的死亡,以及世界科学层出不穷的新创造,已逐步麻木了社会的神经,似乎不太容易再出现类似“多莉风波”的现象。这也许是社会进步的表现:人们对夸大其词的新闻喧嚣已有一定的免疫力,科学的进步使社会对科学家的理性有了更大的信赖

因此,当2004年4月22日同一个《Nature》再次公布一个比多莉“更危险”的继承者 “辉夜姬” 的时候,这只有望成为新的动物明星老鼠,却没有能填补“多利”身后留下的“热点新闻”空白。

事实上,多莉的出现早已在科学家的预料之中。就连我这个非主流科学中人,差不多在十年前就估计到这一天的到来,并且,多莉产生的技术路线也已在20年前基本确定。而“辉夜姬”不同,她严格讲并不是细胞克隆技术的结晶,而是伴随已近十年人类基因组计划进展得以突飞猛进的基因组学的进步的结果。多莉的风潮与辉夜姬的寂寞形成的对照,值得我们回味。

科学是科学,社会的喧嚣是社会的喧嚣。科学的每一重大进步几乎都是伴着喧嚷或攻击,但并非每一次喧嚷都有科学的依据。历史的教训却往往是:不科学的炒作常常比科学的论证更能俘获人心。因此,科学家必须有足够的耐心,以等待科学的新进展去湮灭那些蛊惑人心的指责。

有不少人认为,“多莉”引发的争议有许多炒作成分。从半个世纪以来,特别是近20年来的有关细胞克隆技术发展的历史,不难看出“多莉热”背后的潜藏动机:谁相信克隆恐怖神话,谁将是克隆研究的落后者。从另一方面来说,科学的步伐是制止不住的,正如当时《Nature》刊载的一幅漫画所表明的,长官的意志无法阻止科学的进步。

克隆羊 多莉 诞生的意义

我们认为多莉实验的意义主要有四个方面:

第一,如前面所说,最终证明了哺乳动物体细胞的全能性理论,并在方法学上为哺乳动物的性细胞全能性实验积累经验。据报道,目前中国科学家正在进行哺乳动物的雄性单性配子细胞(精子)的全能性实验,我们希望在不久的将来获得突破性进展。

第二,为发育生物学研究积累科学数据。实验提供了高度分化了的哺乳动物体细胞重新“返回”进行胚胎发育起点的途径,为最终解决由体细胞重新编码为全能的胚胎干细胞的调控途径积累数据,也为中国盛慧珍教授的“人-兔”胚胎干细胞模式提供实验基础。

第三,为现代人类基因研究以及人类遗传疾病的研究和治疗,提供实验模型;为大型经济动物的转基因研究和遗传改造提供可行途径

多莉实验对从基因层面上揭示生命衰老的本质也具有重大意义:体细胞向胚细胞的“逆向”发育,似乎是生命的青春回复,但多莉的早亡似乎表明她的年龄编码仍然从她的真正父母生殖细胞结合那一天开始,而她得以发育的乳腺细胞供体母羊,只能算她特殊的双胞胎姐姐

“逆向发育”和“多莉早亡”,究竟哪一种现象与“生命衰老”有本质的关系,还有待进一步研究。

第四,为人类的经济发展开辟了新的空间。未来的农业、医药业有可能发展出一体细胞克隆为核心的新的经济增长点。科学家早就通过人工多胞胎的方法让家畜尽快繁衍,农学家已能很熟练的分割胚胎并使家畜胚胎已成为常规的农业商品;但从经济角度出发,人们更希望获得那些有“创纪录”优良品性的个体获得复制品。对于向大熊猫那样的濒危动物的保护来说,多莉实验为生物多样性研究无疑是一种福音。据报道,中国的有关专家已将大熊猫等国宝动物列入克隆的计划。

“辉夜姬”的科学价值

从遗传学年龄上说,多莉与其供体“妈妈”的关系只是现代生物学版的同卵双胞胎,因而多莉虽然由体细胞发育而成,却有遗传学意义的父亲。与多莉相反,日本科学家培育出来的小鼠“辉夜姬”,尽管是由两个性细胞的合子胚发育而来,却没有父亲:它的染色体构由两位母亲的雌配子提供。辉夜姬不属于无性生殖动物(因为有性细胞参与),也不属于低等动物中的孤雌生殖动物(因为她由“两个雌”生出),而是人类第一次在实验室中创造的动物发育方式的产物。

我们前面已经说过,对于哺乳动物来说,由减数分裂产生的单倍体细胞(精子或者卵子)虽然从理论上说应该具备发育成完整个体的全能性功能,并且这种功能已在其它脊椎动物身上得到证明,但对哺乳动物却行不通

1977年霍普和伊尔门西“创造”的7只“单亲雌鼠”,实际上未得到科学界的认可,这7只动物的下落也未有进一步的报道。所以,直到辉夜姬诞生之前,科学界仍坚持认为,哺乳动物的后代,无论是雌性后代还是雄性后代,它们的雌性“XX”染色体对或者雄性“XY”染色体对,一定得父母双方各出一个才行。

“辉夜姬”的诞生,改写了人类对哺乳动物繁殖方式的认识历史:一个哺乳动物后代的产生,可以没有父亲的参与,但需要两个母亲。虽然辉夜姬是复杂的人工操作的产物,但充分显示了人类对包括人类在内的哺乳动物的基因机构和功能的认识水平。所以“辉夜姬”现象应当是人类的一个重大的发现,尽管这个“现象”具有很大的“人造”成分,但正像化学中的人造元素一样,人们必须找到大自然的特定变化规律,才可能找到实现科学创造的途径。辉夜姬的出现是人类探索生命之谜道路上的一个新的里程碑。

近三十多年单性哺乳动物复制实验的经验和教训,使生物学家产生了许多的猜想和假设。其中有一个最合逻辑的假设是:至少对于哺乳动物而言,受精的胚胎细胞在构建自己的染色体结构时,雌细胞内的调控机构会对进入细胞的两套染色体进行识别,并根据染色体上的特定标记或“印记”,决定是否接受两套染色体的“婚配”,而生命长期的进化动力要求的自然选择结果保证,细胞调控机构只“承认”来于不同的个体染色体配对的“合法性”。

具体说,当哺乳动物细胞的基因调控蛋白只选择同源染色体两个等位基因中的一个进行表达。识别的方法是在众多的基因“胞嘧啶”碱基“C”中看看是否有一个被甲基化:如果有,则这个基因就被关闭。而甲基的存在就成为该基因来自于父方或母方的标志。基因的这种修饰方式被称为“基因印记”。当然,并不是所有的配子基因都需要被标记,但如果应该标记的基因没有带上正确的印记,其合子胚细胞要么无法发育,要么会发育成患有一些难以解释的遗传性疾病的后代。据科学家推测,现在人类的许多遗传疾病都可能与“基因印记故障”有关。

有关“基因印记标记”父母来源的猜想虽然已得到许多旁证想的支持,但并没有足够的依据。“辉夜姬”的出现为这一假说提供了确凿的证据。

研究发现,哺乳动物胚胎发育需要两个基因(H19和Igf2)的表达,这两个基因的表达的产物来自不同性别的染色体。母亲的染色体只表达H19,而父亲的染色体只表达Igf2,而“基因印记”机制使双方染色体上各有一个可与一个调控蛋白结合的部位,来“关闭”自身应由对方发挥功能的基因。

日本科学家河野友宏成功的关键,是在雌性的卵基因中找到没有被关闭的Igf2基因,同时由去除应由母亲一方表达的H19基因。这样,这个X染色体就有了父亲染色体支持胚胎发育的功能。

由于“基因印记”只发生在卵子成熟的过程中,河野小组选择了刚出生不久的雌鼠卵母细胞作为辉夜姬的“父亲角色”染色体供体。河野前期研究证明,引入不成熟卵子中(即尚未被印记)的染色体成分,可以延长未受精胚胎的存活时间,为实验赢得进一步的操作的时间:先剔除不成熟卵子中的H19基因,再于适当时机剔除了调控蛋白结合位点,使来自不成熟卵子的染色体模仿“父亲染色体”行为表达Igf2,最终完成双母亲组配后代的操作。

这个过程说来容易,实施起来却相当复杂。

“我们一共对598个卵母细胞进行了连续核转移,经过试管培育和人工催化,78%的卵母细胞变成了单细胞的单性生殖胚胎。在试管中培养的457个卵细胞中,91.2%发育到了胚泡阶段。”

河野友宏指出,

“随后,一共有371个胚泡被移入26只雌性小鼠的子宫内,使其中24只怀孕。出乎我们意料的是,当对怀孕19.5天的母鼠进行解剖时,我们发现了10只活着的小鼠和18只死去的胚胎。经过抢救,最终只有2只小鼠活了下来,而辉夜姬便是其中之一。”

正如英国的生物学家伍尔夫·里克所说,“辉夜姬”研究将对未来人类生物学和生殖技术的进步产生重大影响。我们知道,人类许多遗传疾病都与遗传印记有关,如果更多地掌握影响遗传印记的基因的知识,就使科学家们能够找出回避遗传印记缺陷的办法。

辉夜姬实验的最后一个意义,按我的猜想,是为用两只雄性动物“构建”一个雄性后代或雌性后代的“无雌生殖”指出可能途径。不同的是,未来的“雄辉夜姬”的“YX”,或者“雌性辉夜姬”的“XX”,分别来自两个雄性动物的精子或者“精原细胞”。不过,在精子中进行“基因标记”操作可能要比卵子难得多。当然,在操作完成后,“无雌后代”还需要借助于雌性动物的子宫来完成后期的发育。我们不知道正致力于雄性性细胞克隆研究的中国科学家会不会走这条路线

(待续)


海云青飞,生命进化规律破解者
宗教已经过时了,死了以后再活,这是要多低的智商才会相信这种鬼话
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海云青飞 主要作品:《直立人归来》 - 《从零开始发明修行》 - 《悟道进化生物学》 - 《悟道相对论》