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張鵬與鵬鵬
小羊?yàn)轾i鵬
從外表上看，剛出生一個(gè)月的綿羊“鵬鵬”實(shí)在稱(chēng)不上英俊。但這并不妨礙它的照片登上媒體，并且吸引了人們的目光。
4月16日，華大基因研究院向媒體宣布，由該研究院、深圳華大方舟與中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院聯(lián)合開(kāi)展的“農(nóng)業(yè)部綿羊轉(zhuǎn)基因新品種培育重大專(zhuān)項(xiàng)”取得了突破性的進(jìn)展，第一只手工轉(zhuǎn)基因克隆綿羊成功誕生。
身材矮小、毛色發(fā)黃的鵬鵬，集聚了中國(guó)科研人員的兩項(xiàng)努力：手工克隆的技術(shù)降低了克隆的成本和難度，有利于進(jìn)一步普及；轉(zhuǎn)基因則有可能讓羊不僅能產(chǎn)肉、產(chǎn)奶、產(chǎn)毛，體內(nèi)還能合成深海魚(yú)油中富含的不飽和脂肪酸Omega-3。
如果一切順利的話，鵬鵬本身會(huì)因?yàn)檫@一特殊的基因而變得更加健康；而在今后，人類(lèi)也有可能食用羊肉來(lái)代替昂貴的深海魚(yú)油。
“這是一舉兩得的研究?！表?xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所馬潤(rùn)林研究員說(shuō)。
高中生也能做的克隆技術(shù)
在鵬鵬降生之前，它已經(jīng)有一些“身世”相似的朋友了。哈佛醫(yī)學(xué)院的一位華人教授曾經(jīng)在2004年和2006年分別得到了轉(zhuǎn)基因鼠和轉(zhuǎn)基因豬；2008年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院做出了轉(zhuǎn)基因克隆豬，兩年后，內(nèi)蒙古一位教授也做出了一只轉(zhuǎn)基因克隆牛。
而這一回，科研人員把目光投向了羊。
為了選取合適的克隆對(duì)象，研究人員專(zhuān)門(mén)到新疆的一家羊場(chǎng)。在那里，他們根據(jù)羊場(chǎng)對(duì)每只羊性能和日常情況的記錄，挑選了一只“肉質(zhì)和毛都比較好”的公羊。工作人員在它的耳緣取下了細(xì)胞，作為克隆的“種子”。張鵬介紹說(shuō)，這是因?yàn)槎壍募?xì)胞好采集，“對(duì)羊的傷害也比較小”。
在正常的繁殖過(guò)程中，一只羊的誕生應(yīng)當(dāng)需要“父母雙方”的努力。它們各自提供的精子和卵子攜帶父母雙方半數(shù)的染色體，在受精的過(guò)程中進(jìn)行基因組融合。這樣小羊生出來(lái)就會(huì)“有些地方像爸爸，有些地方像媽媽”。
克隆產(chǎn)生的小羊鵬鵬卻沒(méi)有傳統(tǒng)意義上的爸爸媽媽。它的產(chǎn)生過(guò)程就像制造一顆全新的“雞蛋”：研究人員先準(zhǔn)備好一顆卵子，像“取出雞蛋的蛋黃”那樣，把它承載遺傳信息的細(xì)胞核清除掉。然后，再把綿羊體細(xì)胞的“蛋黃”——細(xì)胞核，塞回卵母細(xì)胞的蛋殼里。這顆全新的“雞蛋”雖然來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同的個(gè)體，但它的遺傳基因，全部來(lái)自同一只羊。
1996年，英國(guó)科學(xué)家用這種方法培育出了世界上第一只克隆羊多利，在那之后很長(zhǎng)的時(shí)間里，“克隆”都是一個(gè)很復(fù)雜的技術(shù)。困難的來(lái)源，是細(xì)胞外面的那層“蛋殼”。
在卵母細(xì)胞的外面，有一層堅(jiān)韌的透明帶，這種像膠質(zhì)一樣的“蛋殼”包裹著卵細(xì)胞，保護(hù)它在受精、發(fā)育的過(guò)程中不被破壞。但在克隆的過(guò)程里，“蛋殼”卻令研究人員的操作難度大大增加。研究人員需要先把卵母細(xì)胞固定住，再用細(xì)細(xì)的針扎入卵母細(xì)胞的“蛋殼”，抽出里面的細(xì)胞核，然后，再?gòu)耐粋€(gè)小孔上，把供體細(xì)胞的細(xì)胞核塞回去。
為了完成這一系列精細(xì)的操作，研究人員需要成本高昂的顯微操作儀把卵細(xì)胞放大100多倍，也需要長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)、練習(xí)。但卵細(xì)胞的體積實(shí)在非?！懊阅恪保诖┩浮暗皻ぁ钡倪^(guò)程中，只要一不小心整個(gè)細(xì)胞就被扎穿了。
2003年，在丹麥奧胡斯大學(xué)攻讀博士學(xué)位的杜玉濤突然接到邀請(qǐng)，去參加實(shí)驗(yàn)室一項(xiàng)克隆豬的研究。她覺(jué)得非常意外。
“我可是對(duì)克隆一竅不通的。”她當(dāng)時(shí)對(duì)自己的導(dǎo)師說(shuō)。
實(shí)驗(yàn)室正在嘗試的，是一項(xiàng)全新的克隆技術(shù)?？蒲腥藛T不再致力于精密地穿透“蛋殼”，而是換了個(gè)思考的角度：把蛋殼去掉怎么樣？
在反復(fù)實(shí)驗(yàn)后，杜玉濤和她的同事們用一種特殊的酶溶掉了那層麻煩的“蛋殼”。堅(jiān)固的“雞蛋”只剩下了柔軟的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，想要拿走“蛋黃”，也不再需要精密的針管，而只需要一片刀片。
如今，在這種被命名為“手工克隆”的技術(shù)里，昂貴的顯微操作儀被換成了價(jià)格只有其1/10的普通顯微鏡。在放大40~50倍的鏡頭下，研究人員能夠輕易地找到細(xì)胞核所在的區(qū)域。只需要用小刀片一切，“去核”的工作就完成了。
之后的工作，就是將另外一顆“蛋黃”放進(jìn)去。研究人員把供體細(xì)胞的細(xì)胞核和卵母細(xì)胞的“蛋清”放在一起，并且用生物膠把它們粘起來(lái)。隨后再用電擊，讓它們真正融合在一起。
“如果技術(shù)可以成熟運(yùn)用，那克隆就會(huì)變成一件很簡(jiǎn)單的事?！倍庞駶f(shuō)。2007年，從丹麥回國(guó)，加入華大基因研究院之后，杜玉濤把這一技術(shù)也帶回了國(guó)內(nèi)。過(guò)去幾年，她和同事用這一方式成功地克隆了近一百頭豬和牛。事實(shí)上，如今在華大的實(shí)驗(yàn)室里，一些參加夏令營(yíng)的高中生在短暫的培訓(xùn)之后，都能?chē)L試著進(jìn)行操作。
吃肉有吃魚(yú)的效果
當(dāng)然，鵬鵬的誕生仍然不是一件簡(jiǎn)單的事情。最直接的問(wèn)題是，綿羊只在春秋兩季發(fā)情， 因此，只有在這兩個(gè)季節(jié)，研究人員才有可能抓緊時(shí)間，取到高質(zhì)量的卵母細(xì)胞。
2010年10月，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所博士張鵬第一次來(lái)到新疆的實(shí)驗(yàn)室里。這個(gè)臨時(shí)被劃出來(lái)的實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有過(guò)濾系統(tǒng)，也沒(méi)有空氣監(jiān)控，他們放好儀器一看，能活動(dòng)的空間只剩下三四平方米。
更嚴(yán)重的是，雖然10月的北京還是秋高氣爽，但在新疆，天氣已經(jīng)非常寒冷，綿羊也不再發(fā)情了。張鵬和同事在那里摸索奮斗了兩個(gè)月，也沒(méi)有提取出合適的卵母細(xì)胞。
“沒(méi)辦法，只能摸著石頭過(guò)河?！睆堸i說(shuō)。
來(lái)年春天，他們?cè)僖淮蝸?lái)到新疆。這一回，天氣慢慢變暖，他們也終于找到了合適的卵母細(xì)胞。在把綿羊“體細(xì)胞”引入卵母細(xì)胞的時(shí)候，科研人員還做了一項(xiàng)新的嘗試：在細(xì)胞核里“拼貼”了一段基因，希望鵬鵬體內(nèi)能夠合成一種不飽和脂肪酸——Omega-3。
Omega-3是人體必需的一種脂肪酸，科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，如果Omega-3攝入不足，心臟病、糖尿病、關(guān)節(jié)炎、類(lèi)風(fēng)濕和一些癌癥的發(fā)病率就會(huì)提高。長(zhǎng)期以來(lái)，人類(lèi)一直通過(guò)深海魚(yú)油等食品來(lái)補(bǔ)充自己所需的Omega-3，而這一回，中國(guó)的科研人員希望找到另一種途徑，讓其他的生物也能合成這種稀缺的成分。
張鵬介紹說(shuō)，盡管深海魚(yú)油中富含Omega-3，但魚(yú)類(lèi)并不能合成這種物質(zhì)，它們只是食用了大量含有Omega-3的海藻而已。事實(shí)上，高等動(dòng)物都無(wú)法自己合成Omega-3——在進(jìn)化的過(guò)程中，這個(gè)基因已經(jīng)被丟掉了。
現(xiàn)在，科研人員希望能通過(guò)基因工程，讓羊重新“撿回”這種功能。研究人員通過(guò)對(duì)低等動(dòng)物線蟲(chóng)的克隆，得到了合成Omega-3的基因片段，并且把它改造成適合哺乳動(dòng)物的表達(dá)。然后，再把它們轉(zhuǎn)移到綿羊的基因組里。
馬潤(rùn)林用“裁縫”來(lái)比喻自己的工作：“我們用工具酶將基因剪成一段一段，再把它們重新整合、組裝，插入目標(biāo)基因組里。”
事實(shí)上，這并不是中國(guó)科學(xué)家在這一領(lǐng)域的第一次嘗試。早在2008年，研究人員就開(kāi)始嘗試著讓克隆豬攜帶合成Omega-3的基因，并且在2010年獲得了成功。如今，這些小豬仍然生活在廣東惠東的豬場(chǎng)里。研究人員確認(rèn)，與普通的豬相比，它們的肉里脂肪酸含量有所變化，Omega-3含量比較高，而過(guò)量攝入會(huì)危害健康的Omega-6含量則比較低。
馬潤(rùn)林希望，這樣的技術(shù)能夠讓人們不再依賴(lài)昂貴的深海魚(yú)油，而是僅僅通過(guò)吃肉、喝奶，就能夠補(bǔ)充原本稀缺的Omega-3?！斑@樣可以減少對(duì)深海魚(yú)的傷害，讓遺傳資源自身發(fā)揮作用?！彼f(shuō)。
轉(zhuǎn)基因動(dòng)物投入市場(chǎng)還需要很長(zhǎng)的時(shí)間
在合成了克隆胚胎之后，張鵬和同事每天在實(shí)驗(yàn)室里觀察，希望找到發(fā)育成囊胚的胚胎，因?yàn)橹挥行纬赡遗咧螅寺∨咛ゲ庞邪l(fā)育成一個(gè)完整生命的可能。不過(guò)，在挺長(zhǎng)一段時(shí)間里，張鵬每次都只能失望地回來(lái)。后來(lái)，他甚至已經(jīng)不抱什么希望了。
夏天到來(lái)的時(shí)候，變化終于出現(xiàn)了。張鵬在實(shí)驗(yàn)室里突然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)囊胚，他興奮地馬上打電話，給同事們匯報(bào)結(jié)果。
“我們非常高興?！睆堸i說(shuō)，“這是一個(gè)標(biāo)志性的成功：個(gè)體細(xì)胞有了發(fā)育成個(gè)體的能力，這是一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程?！?/p>
5個(gè)月的懷胎之后，張鵬和同事們?cè)邬i鵬的預(yù)產(chǎn)期到來(lái)的時(shí)候，再一次來(lái)到新疆。不過(guò)，生產(chǎn)過(guò)程并沒(méi)有想象中順利，因?yàn)檫t遲等不到分娩，研究人員最后給“代孕”的母羊做了剖腹產(chǎn)的手術(shù)。
當(dāng)鵬鵬從母羊的肚子里被拿出來(lái)的時(shí)候，它一動(dòng)不動(dòng)，像死了一樣?！坝志o張又害怕”的工作人員一邊拍它，一邊給它擦去鼻子里的羊水，幾分鐘后，它才慢慢地動(dòng)了起來(lái)。
如今，鵬鵬還在一個(gè)實(shí)驗(yàn)羊場(chǎng)里繼續(xù)成長(zhǎng)。張鵬說(shuō)，鵬鵬能否自己合成Omega-3，還需要進(jìn)一步的檢測(cè)，但它身上的確攜帶上了那段被轉(zhuǎn)入的基因。
“它100%是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物?！睆堸i說(shuō)。
事實(shí)上，鵬鵬不僅是科學(xué)研究的產(chǎn)物，也是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展“戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備項(xiàng)目”中的一個(gè)部分。國(guó)家農(nóng)業(yè)部門(mén)專(zhuān)門(mén)出資支持，培育動(dòng)物新品種，對(duì)生物技術(shù)進(jìn)行戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備。作為這個(gè)動(dòng)物新品種培育項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，馬潤(rùn)林說(shuō)，現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)應(yīng)用方向，一個(gè)是協(xié)助解決人類(lèi)的糧食產(chǎn)品，另一個(gè)是協(xié)助解決人們的健康。鵬鵬這只轉(zhuǎn)基因克隆羊，則同時(shí)具備兩個(gè)方向的用途：一方面提高畜產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，另一方面提高人們的健康水平和抵抗力。
不過(guò)，這只羊也繞不開(kāi)圍繞著它“身世”的爭(zhēng)論。無(wú)論是克隆還是轉(zhuǎn)基因，都繞開(kāi)了正常的繁殖過(guò)程，其安全性也一直受到公眾的質(zhì)疑。
“我們理解這種爭(zhēng)議?！瘪R潤(rùn)林說(shuō)，“轉(zhuǎn)基因生命可以為我們?nèi)祟?lèi)特定的目標(biāo)服務(wù)，但它不會(huì)取代自然界的過(guò)程。我們沒(méi)有太多機(jī)會(huì)戰(zhàn)勝自然，因?yàn)樽匀唤绲倪x擇是很完美的?！?/p>
如今在中國(guó)，克隆轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研發(fā)還在不斷進(jìn)行。杜玉濤介紹，他們?cè)?jīng)通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方式，使牛、羊分泌的乳汁也含有人乳的血清蛋白、乳體蛋白。這樣，牛羊的乳腺就像一個(gè)合成蛋白的“小車(chē)間”，只要泌乳，就會(huì)不停地生產(chǎn)出這種蛋白。
更大規(guī)模的應(yīng)用是對(duì)克隆豬展開(kāi)的。研究人員將特定的基因轉(zhuǎn)移到克隆豬的身上，使它們更容易患上糖尿病。這樣，制藥公司就能夠更加便利地進(jìn)行藥物試驗(yàn)，推動(dòng)治療糖尿病藥物的研發(fā)工作。
“這就是手工克隆的價(jià)值?！倍庞駶f(shuō)。
至于即將滿月的鵬鵬，研究人員還需要對(duì)它進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)，一方面要嚴(yán)格測(cè)試它自身合成的Omega-3和其他物質(zhì)是否安全，另一方面，也要檢查新的基因是否會(huì)讓它有什么不好的變化，比如更容易生病等等。
“我們吃下去的東西，會(huì)被消化為脂肪、蛋白質(zhì)、糖類(lèi)等各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而不會(huì)作為基因在體內(nèi)做任何功能表達(dá)?！瘪R潤(rùn)林說(shuō)，“如果這個(gè)物質(zhì)本身沒(méi)有毒，對(duì)環(huán)境和生物本身也沒(méi)有毒性，那么人吃進(jìn)去就是安全的?！?/p>
不過(guò)，目前看來(lái)，這些技術(shù)距離普通人的生活還相當(dāng)遙遠(yuǎn)。杜玉濤認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)室的能力還不足以承擔(dān)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。馬潤(rùn)林和張鵬則從安全的角度考慮，要保證轉(zhuǎn)基因動(dòng)物做成的食品沒(méi)有副作用、負(fù)效果，還需要很長(zhǎng)時(shí)間的觀察。
“我個(gè)人認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物要投入市場(chǎng)還需要一段非常長(zhǎng)的時(shí)間。”張鵬說(shuō)。
