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利大于弊——克隆技术


  克隆羊“多莉”的出现

  克隆,原是英文clone的音译,意为生物体通过细胞进行的无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群,简称为“无性繁殖”。“克隆”一词于1903年被引入园艺学,以后逐渐应用于植物学、动物学和医学等方面。广泛意义上的“克隆”其实是我们的日常生活中经常遇到,只是没叫它“克隆”而已。

  春天里,人们剪下植物枝条,扦插到土里,不久就会发芽,长出新的植株,这些植株是遗传物质组成完全相同的植株,这就是“克隆”。还有将马铃薯等植物的块茎切成许多小块进行繁殖,由此而长出的后代也是“克隆”。所有这些都是植物的无性繁殖,或称为“克隆”,它非常普遍,几乎每个人都曾见过。

  在动物界也有无性繁殖,不过多见于非脊椎动物,如原生动物的分裂繁殖、尾索类动物的出芽生殖等。但对于高级动物,在自然条件下,一般只能进行有性繁殖,所以要使其进行无性繁殖,科学家必须经过一系列复杂的操作程序。在本世纪50年代,科学家成功地无性繁殖出一种两栖动物——非洲爪蟾,揭开了细胞生物学的新篇章。

  英国和我国等国在80年代后期先后利用胚胎细胞作为供体,“克隆”出了哺乳动物。到90年代中期,我国已用此种方法“克隆”了老鼠、兔子、山羊、牛、猪5种哺乳动物。

  1997年2月23日,英国苏格兰罗斯林研究所的科学家伊斯维姆·穆特宣布,他们的研究小组利用山羊的体细胞成功地“克隆”出一只基因结构与供体完全相同的小羊“多莉”(Dolly),世界舆论为之哗然。“多莉”的特别之处在于它的生命的诞生没有精子的参与。研究人员先将一个绵羊卵细胞中的遗传物质吸出去,使其变成空壳,然后从一只6岁的母羊身上取出一个乳腺细胞,将其中的遗传物质注入卵细胞空壳中。这样就得到了一个含有新的遗传物质但却没有受过精的卵细胞。这一经过改造的卵细胞分裂、增殖形成胚胎,再被植入另一只母羊子宫内,随着母羊的成功分娩,“多莉”来到了世界。

  1998年7月5日,日本科学家宣布,他们利用成年动物体细胞克隆的两头牛犊诞生。1998年7月22日,科学家采用一种新克隆技术,用成年鼠的体细胞成功地培育出了三代共50多只克隆鼠,这是人类第一次用克隆动物克隆出克隆动物。

  克隆技术利大与弊 克隆是人类在生物科学领域取得的一项重大技术突破,反映了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步。值得注意的是,克隆技术在带给人类巨大利益的同时,也会给人类带来灾难和问题,但我们不能因为这项技术可能带来严重后果而阻止其发展,它的产生归根结底是利大于弊,它将被广泛应用在有利于人类的方面。

  ——把克隆技术用于良种繁育和特异品种保存

  长期从事良种繁育的人都知道,培育良种难,保存良种更难。果树中的良种可以用嫁接的方法繁殖,水稻、小麦的良种就不能用嫁接的方法。水稻是一种自交程度很高的作物,即便如此也无法保证其后代不出现分离。要想得到一个稳定的优良品种,不经过几代辛勤的选育是不行的。动物的良种保存,常以选留雄性良种动物的方式进行,尽管我们选择的优良性状(如产奶量、产蛋量等)是由雌性动物体现出来的,但有性生殖与双亲有关,而一个雄性动物可以与多个雌性动物交配,所以,动物良种繁育中选育雄性动物极为重要。但由良种雄性动物传代,其后代个体并非个个都是优良,这一方面是由于母本差异造成,另一方面由于减数分裂,可能有一半的精子并未携带优良基因。于是,只有克隆技术才能将具有优良性状的个体,像果树嫁接那样地繁殖开去。在良种繁育、特异品种的保存方面,克隆技术必将会给人类作出贡献。

  特异品种的保存当然也包括那些濒危物种的保存。濒危物种是指那些在世界上存在数量极少、濒临绝灭的物种,如我国的大熊猫、金丝猴和朱鹤等。保护濒危物种就是维护生物的多样性,生物多样性程度越高,地球这个大生态系统就越稳定,于是,生存于这个生态系统中的人类的生活质量就越高。目前,濒危物种面临的主要危机是繁殖能力低下。由于繁殖力低,数量难以增长,生存领域无法扩大。而生存环境的单一,又使得该物种对环境变化冲击的应变能力差。所以,大量繁殖濒危物种是保护该物种的最有效办法。而克隆技术可以克服自然条件下该物种交配成功率低的困难,使之繁衍。

  ——用克隆技术完善转基因动物的繁殖

  转基因动、植物可以用于药物生产。如"人α1抗胰蛋白酶"(hα1AT)是由人的QI抗胰蛋白酶基因合成的,它能抑制弹性蛋白酶的活性,而后者会导致纤维变性,所以hα1AT可用于治疗囊状纤维、特异皮炎和肺气肿等疾病。1991年,有人将人α1抗胰蛋白酶基因导入绵羊体内,得到了带有该基因的转基因绵羊。转基因绵羊能以泌乳的方式生产人α1抗胰蛋白酶,产量达每升35克。于是,转基因绵羊就变成了一个能生产药物的活工厂。遗憾的是,这个工厂是有寿命的。而转基因绵羊不能通过正常的有性繁殖将这种生产特性传给后代,因为减数分裂常常会使这种被导入的基因丢失。所以,一旦老的工厂不能再出产品时,就必须构建新的工厂。而构建转基因动、植物需要较高的成本,原因在于目前还没有一种十拿九稳的技术使我们想什么就能得到什么,于是,由转基因动、植物产生的药物价格也就便宜不下来了。如上面谈到的,含人α1抗胰蛋白酶的羊奶,每升售价高达6000美元,成本高就是原因之一。克隆技术的完善为转基因动物的繁殖开辟了一条通道,应用克隆技术可以将上述的转基因绵羊大量繁殖,从而可在降低成本的同时大幅度提高产量。可以预见,克隆技术在这方面的应用前途无量。

  ——细胞克隆技术

  细胞克隆技术,在生物学中的正规名词为细胞培养技术。不论对于整个生物工程技术,还是其中之一的生物克隆技术来说,细胞培养都是一个必不可少的过程,细胞培养本身就是细胞的大规模克隆。细胞培养,既包括微生物细胞的培养,也包括动物和植物细胞及动植物组织的培养。

  细胞培养技术可以由一个细胞经过大量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞,这是克隆技术必不可少的环节,而且细胞培养本身就是细胞的克隆。通过细胞培养得到大量的细胞或其代谢产物。因为生物产品都是从细胞得来,所以可以说细胞培养技术是生物技术中最核心、最基础的技术。

  细胞的生长需要一定的营养环境,用于维持细胞生长的营养基质称为培养基。培养基按其物理状态可分为液体培养基和固体培养基。液体培养基用于大规模的工业生产以及生理代谢等基本理论的研究工作。液体培养基中加入一定的凝固剂(如琼脂)或固体培养物(如麸皮、大米等)便成为固体培养基。固体培养基为细胞的生长提供了一个营养及通气的表面,在这样一个营养表面上生产的细胞可形成单个菌落。因此,固体培养基在细胞的分离、鉴定、计数等方面起着相当重要的作用。

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