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  • 克隆技术

    克隆是英语单词clone的音译,在台湾港澳一般意译为复制或转殖,是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组织后代的过程。科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫克隆,这门生物技术叫克隆技术,含义是无性繁殖。克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”。原意是指幼苗或嫩枝,以无性繁殖营养繁殖的方式培育植物,如杆插和嫁接。现在,克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖,以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。克隆也可以理解为复制、拷贝,就是从原型中产生出同样的复制品,它的外表及遗传基因与原型完全相同。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 克隆技术 英文名: clone
    别称: 复制转殖 技术: 生物技术
    繁殖方式: 无性生殖 出现时间: 1963 年

    目录

    定义/克隆技术 编辑

    克隆克隆

    克隆的英文‘clone’源于希腊语的‘klōn’(嫩枝)。在园艺学中,‘clon’一词一直沿用到20世纪。后来有时在词尾加上‘e’成为‘clone’,以表明‘o’的发音是长元音。随着这个概念及单字在大众生活中广泛使用,拼法已经局限使用‘clone’。该词的中文译名在中国大陆音译为‘克隆’,而在港台则多意译为“转殖”或‘复制’。前者‘克隆’如同copy的音译‘拷贝’,有不能望文生义的缺点;而后者‘复制’虽能大概表达clone的意义,却有不能精确并易生误解之憾。
    克隆通常是一种人工诱导的无性生殖方式或者自然的无性生殖方式(如植物)。一个克隆就是一个多细胞生物在遗传上与另外一种生物完全一样。克隆可以是自然克隆,例如由无性生殖或是由于偶然的原因产生两个遗传上完全一样的个体(就像同卵双生一样)。但是通常所说的克隆是指通过有意识的设计来产生的完全一样的复制。
    克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”,它已经历了三个发展时期:第一个时期是微生物克隆,即用一个细菌很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌,而变成一个细菌群;第二个时期是生物技术克隆,比如用遗传基因――DNA克隆;第三个时期是动物克隆,即由一个细胞克隆成一个动物。克隆绵羊“多利”由一头母羊的体细胞克隆而来,使用的便是动物克隆技术。
    在生物学上,克隆通常用在两个方面:克隆一个基因或是克隆一个物种。克隆一个基因是指从一个个体中获取一段基因(例如通过PCR的方法),然后将其插入另外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。[1]

    历史起源/克隆技术 编辑

    克隆技术的设想是由德国胚胎学家于1938年首次提出的,1952年,科学家首先用青蛙开展克隆实验,之后不断有人利用各种动物进行克隆技术研究。由于该项技术几乎没有取得进展,研究工作在80年代初期一度进入低谷。后来,有人用哺乳动物胚胎细胞进行克隆取得成功。
    1996年7月5日英国科学家伊恩·维尔穆特博士用成年羊体细胞克隆出一只活产羊,给克隆技术研究带来了重大突破,它突破了以往只能用胚胎细胞进行动物克隆的技术难关,首次实现了用体细胞进行动物克隆的目标,实现了更高意义上的动物复制。研究克隆技术的目标是找到更好的办法改变家畜的基因构成,培育出成群的能够为消费者提供可能需要的更好的食品或任何化学物质的动物。

    克隆过程/克隆技术 编辑

    克隆的基本过程是先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后(罗斯林研究所克隆羊采用的时间约为6天)再被植入动物子宫中使动物怀孕使可产下与提供细胞者基因相同的动物。[2]
    这一过程中如果对供体细胞进行基因改造,那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。培育成功三代克隆鼠的“火奴鲁鲁技术”与克隆多利羊技术的主要区别在于克隆过程中的遗传物质不经过培养液的培养,而是直接用物理方法注入卵细胞。这一过程中采用化学刺激法代替电刺激法来重新对卵细胞进行控制。
    1998年7月5日,日本石川县畜产综合中心与近畿大学畜产学研究室的科学家宣布,他们利用成年动物体细胞克隆的两头牛犊诞生。这两头克隆牛的诞生表明克隆成年动物的技术是可重复的。

    人体克隆/克隆技术 编辑

    哺乳动物的克隆成功意味着人体克隆的可能性,因而才引起全球性轰动。一种可能性是治疗性克隆,即通过克隆技术把病人的体细胞核移植到去核卵细胞中,使其发育成囊胚(早期胚胎),从其中提取胚胎干细胞,利用其多能性诱导分化培养成特定细胞和组织,用于对严重疾病的治疗,可避免发生免疫排斥。治疗性克隆由于涉及胚胎操作,在许多国家都被立法禁止,但也有一些国家包括中国采取严格管理下的审慎支持态度。
    它的重要前提是:胚胎必须是治疗不育症夫妇多余的或自愿捐献的,胚胎实验只能在发育14天内进行,只能以疾病的治疗为目的。为什么要进行胚胎实验呢?因为全能干细胞只能在早期胚胎中获取,而全能干细胞有无限分化和增殖的潜能,可分化成全身200余种细胞类型,利用它来培育人体细胞和组织,将为疾病治疗提供广阔前景。
    另一种可能性就是通过克隆技术进行人的人工无性生殖,这在世界各国都被严格禁止。通常人们所讲的克隆人或复制人,其含意比较含混,容易与体外授精、试管婴儿技术和治疗性克隆相混淆。为了不把两者相混淆,法国人类生物学家阿特朗(H. Atlan)主张把克隆人称为“体细胞核移植”更为合适。香港学者罗秉祥则把克隆人译为“人的人工无性生殖”,确实更为科学和准确。笔者仍用克隆人,是按大多数人的约定俗成。
    联合国大会法律委员会自2001年起一直在讨论禁止克隆人国际立法问题,但在是否将治疗性克隆列入禁止范围问题上,各国分歧很大,因此该委员会放弃了制定国际公约,转而寻求不具法律约束力的政治宣言。第59届联大于2005年3月批准了《联合国关于人的克隆宣言》,因其中“禁止一切形式的人体克隆”的措词太模糊,容易被解读为禁止生殖性克隆也禁止治疗性克隆研究,因此中国、英国比利时法国新加坡日本等34国投了反对票。上述各国在会上重申:继续支持治疗性克隆研究,但坚定地反对生殖性克隆。

    克隆成果/克隆技术 编辑

    克隆羊克隆羊
    蛙:1962年,未成功。
    鲤鱼:1963年,中国科学家童第周早在1963年就通过将一只雄性鲤鱼的遗传物质注入雌性鲤鱼的卵中从而成功克隆了一只雌性鲤鱼,比多利羊的克隆早了33年。但由于相关论文是发表在一本中文科学期刊,并没有翻译成英文,所以并不为国际上所知晓。

    绵羊:1996年,多利(Dolly)
    猕猴:2000年1月,Tetra,雌性
    猪:2000年3月,5只苏格兰PPL小猪;8月,Xena,雌性
    牛:2001年,Alpha和Beta,雄性
    猫:2001年底,CopyCat(CC),雌性
    鼠:2002年
    兔:2003年3-4月分别在法国朝鲜独立地实现;
    骡:2003年5月,爱达荷Gem,雄性;6月,犹他先锋,雄性
    鹿:2003年,Dewey
    马:2003年,Prometea,雌性
    狗:2005年,韩国首尔大学实验队,史纳比
    尽管克隆研究取得了很大进展,但成功率还是相当低的:多利出生之前研究人员经历了276次失败的尝试;70只小牛的出生则是在9000次尝试后才获得成功,并且其中的三分之一在幼年时就死了;Prometea也是花费了328次尝试才成功出生。而对于某些物种,例如猫和猩猩,目前还没有成功克隆的报道。而狗的克隆实验,也是经过数百次反覆试验再得来的成果。
    多利出生后的年龄检测表明其出生的时候就上了年纪。她6岁的时候就得了一般老年时才得的关节炎。这样的衰老被认为是端粒的磨损造成的。端粒是染色体位于末端的。随着细胞分裂,端粒在复制过程中不断磨损,这通常认为是衰老的一个原因。然而,研究人员在克隆成功牛后却发现它们实际上更年轻。分析它们的端粒表明它们不仅是回到了出生的长度,而且比一般出生时候的端粒更长。这意味着它们可以比一般的牛有更长的寿命,但是由于过度生长,它们中的很多都过早夭折了。研究人员相信相关的研究最终可以用来改变人类的寿命。

    2010年10月19日阿根廷在布宜诺斯艾利斯宣布成功克隆了一匹马,并向公众进行了展示。这匹克隆马2010年8月4日出生在布宜诺斯艾利斯以西150公里处的一家农场,是布宜诺斯艾利斯大学农学系和一家私人生物技术公司合作的成果,是以一匹克里奥拉马的皮肤细胞为基础进行克隆的。参与这一项目的生物技术公司负责人马塞洛·阿圭列斯说,这匹马是“在阿根廷出生的第一匹克隆马”,目前其“健康状况良好”。

    应用前景/克隆技术 编辑

    克隆技术克隆技术

    (1)培育优良畜种和生产实验动物;
    (2)生产转基因动物;
    (3)生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法;
    (4)复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源。

    克隆技术会给人类带来极大的好处,例如,英国PPL公司已培育出羊奶中含有治疗肺气肿的a-1抗胰蛋白酶的母羊。这种羊奶的售价是6千美元一升。一只母羊就好比一座制药厂,用什么办法能最有效、最方便地使这种羊扩大繁殖呢?最好的办法就是“克隆”。同样,荷兰PHP公司培育出能分泌人乳铁蛋白的牛,以色列LAS公司育成了能生产血清白蛋白的羊,这些高附加值的牲畜如何有效地繁殖?答案当然还是“克隆”。

    母马配公驴可以得到杂种优势特别强的动物——,骡不能繁殖后代,那么,优良的骡如何扩大繁殖?最好的办法也是“克隆”,我国的大熊猫是国宝,但自然交配成功率低,因此已濒临绝种。如何挽救这类珍稀动物?“克隆”为人类提供了切实可行的途径。

    转基因动物研究

    转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一,转基因动物可作为医用器官移植的供体、作为生物反应器,以及用于家畜遗传改良、创建疾病实验模型等。但转基因动物的实际应用并不多,除单一基因修饰的转基因小鼠医学模型较早得到应用外,转基因动物乳腺生物反应器生产药物蛋白的研究时间较长,已进行了10多年,但在全世界范围内仅有2例药品进入3期临床试验,5~6个药品进入2期临床试验;而其农艺性状发生改良、可资畜牧生产应用的转基因家畜品系至今没有诞生。转基因动物制作效率低、定点整合困难所导致的成本过高和调控失灵,以及转基因动物有性繁殖后代遗传性状出现分离、难以保持始祖的优良胜状,是制约当今转基因动物实用化进程的主要原因。

    体细胞克隆

    体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命,动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。采用简便的体细胞转染技术实施目标基因的转移,可以避免家畜生殖细胞来源困难和低效率。同时,采用转基因体细胞系,可以在实验室条件下进行转基因整合预检和性别预选。在核移植前,先把目的外源基因和标记基因(如LagZ基因和新霉素抗生基因)的融合基因导入培养的体细胞中,再通过标记基因的表现来筛选转基因阳性细胞及其克隆,然后把此阳性细胞的核移植到去核卵母细胞中,最后生产出的动物在理论上应是100%的阳性转基因动物。
    采用此法,Schnieke等(Bio Report,1997)已成功获得6只转基因绵羊,其中3只带有人凝血因子IX基因和标记基因(新霉素抗性基因),3只带有标记基因,目的外源基因整合率高达50%。Cibelli(Science,1997)同样利用核移植法获得3头转基因牛,证实了该法的有效性。由此可以看出,当今动物克隆技术最重要的应用方向之一,就是高附加值转基因克隆动物的研究开发。

    胚胎干细胞

    胚胎干细胞(ES)是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型,来替代那些受损的体内组织,比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。科学家们已经能够使猪ES细胞转变为跳动的心肌细胞,使人ES细胞生成神经细胞和间充质细胞和使小鼠ES细胞分化为内胚层细胞。这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。
    科学家已成功分离到人ES细胞(Thomson等1998,Science),而体细胞克隆技术为生产患者自身的ES细胞提供了可能。把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚,把重组胚体外培养到囊胚,然后从囊胚内分离出ES细胞,获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞,肌肉细胞和血细胞),用于替代疗法。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗,而非得到克隆个体,科学家们称之为“治疗克隆”。

    细胞核移植技术

    细胞核移植技术是最常用的一种克隆技术。治疗性克隆技术伴随核移植技术的发展而逐渐成为当前的研究热点,利用核移植技术获得病人自身同源的干细胞系,分化成为目的细胞,从而达到代替病人体内患病细胞的治疗目的。这项技术为许多目前没有很好的治疗手段的疾病,如糖尿病神经退行性疾病等提供了可能的治愈手段,是未来的研究重点。

    伦理问题/克隆技术 编辑

    克隆技术克隆技术
    克隆技术在给人类带来福祉的同时,也可能因被滥用而带来祸害。最引人注意的支持克隆人的理由可归结如下:克隆人可“定做自己”,是有性生殖的一种补充;克隆人可作为器官移植供体来源;克隆人的技术基本成熟、伦理上并不复杂;克隆人是可促进科学技术的进步。这些理由笔者认为是站不住脚的,虽然总有一些科学家要逆科学进步和人类生存发展的根本利益而不顾,克隆人可能总有一天会降生,还是要坚决反对这种不正当的科研行为。科学技术是双刃剑。克隆技术的研究和应用只有为人类谋福祉,才是正当的科学行为。若滥用这项技术,比如试图用克隆技术制造无头人作为器官移植的供体,或制造性奴隶和人的工具等,都是不道德的。
    对人权和人尊严的挑战
    人除了作为自然人,还是有价值观念的社会人,是生物、心理和社会的集合体。克隆人只能在遗传性状上与原型一致,而人的心理、行为、社会特征和特定人格不能复制,因此克隆人是不完整的、丧失自我的人。但既然克隆出人来,就应赋予其人的权利和尊严。所有支持克隆人的动机和目的,都是把克隆人“物化”和“工具化”,所以全世界都应该谴责这种反人权、危害人类尊严的行为。中国政府坚决反对进行克隆人的试验,对克隆人问题中国的态度是“不赞成、不支持、不允许、不接受”。
    违反生物进化的发展规律
    人类在漫长的演化过程中,能够适应复杂多变的环境,是自然选择和两性生殖长期进化的结果,也是人类靠智慧发展社会文化的结果。克隆人将有性生殖倒退到无性生殖,这种逆自然发展规律的行为如不加阻止,必将给人类种下灾难。
    根据孟德尔遗传规律的分离律和自由组合律,控制生物遗传性状的一对遗传因子一半来自父本(精子),另一半来自母本(卵子),受精卵拥有来源于父母双方的遗传物质,因基因自由组合而具有独特的基因型,生命力极强。而克隆人是人工无性繁殖,遗传物质主要来自单一个体,既背离了遗传因子分离定律,也谈不上基因自由组合产生的多样性,因此不存在任何进化意义。
    克隆人技术对单身族、同性恋和不育症治疗失败又渴望要孩子的人们来说,可能是个好事,但人的人工生殖闸门一旦打开,目的迥异的克隆人势必无法控制,将造成人类的局部利益与整体利益、眼前利益与长远利益之间的矛盾。
    扰乱正常的伦理定位
    克隆人将彻底搅乱代际关系和家庭伦理定位。克隆人过程中可出现体细胞核供者、卵细胞供者和孕育者三位生物学父母,及抚养者两位社会学父母,且克隆人更像是被克隆者的兄弟姊妹而不像两性婚配的子女,世代的传承将被打破,家庭伦理关系也将含混不清。
    克隆人意味着只要有女性存在,能提供体细胞、成熟卵细胞和子宫,人类的繁衍即可进行。男性不再是繁衍的必要因素,这就冲击了传统的性伦理观念,瓦解了性爱与生育密切结合的关系,一夫一妻的婚姻家庭社会规范便会解体。
    技术上的安全性值得怀
    体细胞核移植涉及亚细胞水平的操作,这种亚细胞水平的操作与体外受精那样的细胞水平操作相比,偶然损失核内遗传物质的风险远高于后者。多利是英国科学家经历了227次失败后才获得成功的一例。在动物自然繁殖的情况下,胚胎出现基因异常的比例不足1%,体外受精出现基因异常的比例高达15%,而克隆繁殖这一比例要超过40%,甚至危及代孕母亲的生命。人类对克隆技术的研究还远不够深入,盲目将其应用于人类生殖是不负责任的和残暴的。

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    参考资料
    [1]^引用日期:2009-12-11
    [2]^引用日期:2015-08-08

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