克隆簡(jiǎn)介 獲獎(jiǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)

克隆簡(jiǎn)介自從1997年2月23日國(guó)外新聞媒介報(bào)導(dǎo)(正式科學(xué)論文發(fā)表在1997年2月27日出版的《自然》雜志上)蘇格蘭科學(xué)家利用體細(xì)胞培養(yǎng)克隆羊成功的消息后，在全世界引起了一陣沖擊波，我國(guó)著名遺傳學(xué)家吳昊教授稱(chēng)之為“克隆風(fēng)暴”。對(duì)于一項(xiàng)科學(xué)成果，反響如此之廣泛和強(qiáng)烈，從新聞界、科學(xué)界，到哲學(xué)、倫理界，再到政府部門(mén)和立法機(jī)構(gòu)，一直到廣大公眾，無(wú)不對(duì)克隆技術(shù)表示關(guān)注。究竟何謂克隆，該項(xiàng)技術(shù)有何價(jià)值和意義，以及如何面對(duì)“克隆時(shí)代”，都成為人們討論的焦點(diǎn)。

一、克隆的概念

眾所周知，生物的繁衍是通過(guò)生殖完成的。生物的繁殖有兩種方式：一種叫有性生殖，一種叫無(wú)性生殖。

有性生殖是通過(guò)兩性生殖細(xì)胞(精子和卵子)的融合，并發(fā)育形成后代的生殖方式。無(wú)性生殖則不經(jīng)過(guò)兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合，而是由生物體自身的分裂生殖或其體細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育形成個(gè)體。無(wú)性生殖多見(jiàn)于植物與某些動(dòng)物(如單細(xì)胞動(dòng)物與低等動(dòng)物)。

克隆是英文“clone”的音譯，來(lái)自希臘文klon，原意為苗或嫩枝，指以無(wú)性生殖或營(yíng)養(yǎng)生殖的一些植物。隨著時(shí)間的推移和科學(xué)的發(fā)展，它的含義增加了許多內(nèi)容，如一個(gè)細(xì)胞在體外培養(yǎng)下產(chǎn)生的一群細(xì)胞；由“親本”序列產(chǎn)生的DNA序列等等。概言之，克隆是指由一個(gè)細(xì)胞或個(gè)體，通過(guò)無(wú)性繁殖手段，獲得遺傳上相同的細(xì)胞群或個(gè)體群。

我國(guó)古典名著《西游記》里的孫悟空，只要拔撮毫毛吹口仙氣，就能“變”出許多孫悟空。因?yàn)榘我淮楹撩仨殠乱蝗杭?xì)胞，這一群細(xì)胞就能培養(yǎng)出一群相同的孫大圣。這也歸屬于無(wú)性生殖。只不過(guò)孫大圣本領(lǐng)高強(qiáng)，能在瞬間“克隆”出千百個(gè)自己而已。簡(jiǎn)而言之，克隆就是無(wú)性生殖，就是“復(fù)制”、“翻版”。

二、植物的克隆

無(wú)性生殖(克隆)本來(lái)是一種低級(jí)的生殖方式。生物進(jìn)化的層次越低，越有可能采取這種生殖方式，進(jìn)化層次越高，則越不可能采取這種生殖方式。由于低級(jí)生物，如微生物，采取自行分裂的方法繁殖，分裂后子代與親代的遺傳物質(zhì)完全一樣，因此在這個(gè)意義上微生物沒(méi)有“個(gè)體”，它們也沒(méi)有死亡。雖然在嚴(yán)格的意義上，微生物的親代與子代仍然會(huì)有若干差異，因?yàn)樗鼈兊耐饨鐮I(yíng)養(yǎng)環(huán)境仍然會(huì)有差異，但從高等動(dòng)物的角度看，這種差異似乎太微不足道了。在這種差異可以不計(jì)的條件下，人們可以說(shuō)，對(duì)微生物來(lái)說(shuō)，它們是不死的。死亡是生物進(jìn)化到較高階段的產(chǎn)物?，F(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)研究中用克隆技術(shù)在體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞或癌細(xì)胞，也稱(chēng)為“永生細(xì)胞株”，意思也是說(shuō)這些細(xì)胞是“不死的”。

生物醫(yī)學(xué)研究進(jìn)入微觀層次，運(yùn)用克隆技術(shù)來(lái)培養(yǎng)正?；虍惓＜?xì)胞的永生細(xì)胞株，雖然是一件難度很大的工作，但已經(jīng)在各國(guó)的科學(xué)界和醫(yī)學(xué)界越來(lái)越得到重視。在農(nóng)業(yè)上，人們?cè)缫延貌逯?、壓條等方法，來(lái)繁殖適合于人類(lèi)需要的植物。在畜牧業(yè)上，各國(guó)都在進(jìn)行用克隆技術(shù)產(chǎn)生更多良種動(dòng)物的研究。但從高等生物成體的體細(xì)胞中發(fā)育出一個(gè)成體，這是克隆技術(shù)的一個(gè)重大發(fā)展。

早在許多年前，美國(guó)康奈爾大學(xué)研究人員將成熟的胡蘿卜高速攪拌，獲得單個(gè)胡蘿卜細(xì)胞，然后將這些單個(gè)細(xì)胞置于生長(zhǎng)培養(yǎng)基中，培養(yǎng)出遺傳上完全一樣的胡蘿卜。這個(gè)試驗(yàn)證實(shí)了植物細(xì)胞全能性學(xué)說(shuō)。所謂植物細(xì)胞全能性學(xué)說(shuō)是指植物體的每一個(gè)細(xì)胞，包括體細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。

植物細(xì)胞全能性學(xué)說(shuō)在植物界已經(jīng)得到廣泛的證明。現(xiàn)在我們可以植物體的任何一種活的細(xì)胞、組織、器官，經(jīng)過(guò)體外人工培養(yǎng)獲得它的完整植株，并產(chǎn)生許多植物。這種技術(shù)被稱(chēng)為組織培養(yǎng)。它已用于工廠化生產(chǎn)花卉、作物(如甘蔗)的試管苗。

三、動(dòng)物克隆的歷程

關(guān)于動(dòng)物的無(wú)性生殖研究，一直是科學(xué)家探索的課題。因?yàn)槿祟?lèi)通過(guò)有性生殖的方法，選育家畜品種已有上千年的歷史，結(jié)果是產(chǎn)生了一些優(yōu)良的個(gè)體或群體。它們比一般的個(gè)體更能滿(mǎn)足人們的需要和愿望。譬如，一頭產(chǎn)奶量特別高的奶牛，一群毛產(chǎn)量多的綿羊，一匹得獎(jiǎng)的賽馬或一只優(yōu)秀的警犬?？墒牵行陨车暮蟠?，其性能不一定都同親代一樣，有的甚至不如親代。究其原因，因?yàn)槁炎踊蚓又粩y帶構(gòu)成親代的、任意一半的等位基因，而等位基因幾乎可以有無(wú)限的組合，因而會(huì)產(chǎn)生不同的后代。兄弟、姊妹、兄妹、姊弟之間都有很大的差異，便是因?yàn)闃O難有完全相同的基因型。

所以通過(guò)有性生殖保持一種表現(xiàn)型是非常困難的。如果獲得一種理想的表現(xiàn)型如產(chǎn)奶量高的奶牛，再通過(guò)無(wú)性生殖保持、擴(kuò)大和繁殖這種表現(xiàn)型，即生產(chǎn)許多遺傳上相同的個(gè)體，從經(jīng)濟(jì)角度講顯然是很有價(jià)值的。

⒈卵細(xì)胞培養(yǎng)成成體

1951～1959年，我國(guó)著名細(xì)胞生物學(xué)家朱冼等，用直徑10～13um的玻璃針刺激去卵膜的蟾蜍卵細(xì)胞，在世界上首次培養(yǎng)出25只蟾蜍成體，即沒(méi)有父親的癩蛤蟆。它們最長(zhǎng)的可活8個(gè)月。

在上述試驗(yàn)中用的是生殖細(xì)胞。體細(xì)胞能否通過(guò)培養(yǎng)獲得動(dòng)物體呢？即植物細(xì)胞具有的全能性，動(dòng)物細(xì)胞是否也具有？每個(gè)動(dòng)物細(xì)胞，包括體細(xì)胞都具有該物種的全套基因是不容懷疑的，但從體細(xì)胞直接培養(yǎng)成動(dòng)物成體至今尚未成功。為了證明動(dòng)物細(xì)胞也具有全能性，生物學(xué)家進(jìn)行了大量的細(xì)胞核移植試驗(yàn)。

⒉細(xì)胞核移植試驗(yàn)

1939年，科學(xué)家首次在變形蟲(chóng)中進(jìn)行核移植試驗(yàn)。他們將核移到同種去核變形蟲(chóng)中，結(jié)果重組的變形蟲(chóng)可生長(zhǎng)，并繁殖后代。

1963年起，我國(guó)著名生物學(xué)家童第周等進(jìn)行了大量的魚(yú)類(lèi)核移植試驗(yàn)。其中1980年，他們將鯉魚(yú)囊胚期細(xì)胞核作供體核，鯽魚(yú)的未受精去核成熟卵細(xì)胞作受體質(zhì)，%的移核卵發(fā)育到成魚(yú)。鯉鯽移核魚(yú)的主要性狀與鯉魚(yú)相同，但脊椎骨的數(shù)目與鯽魚(yú)相同，而側(cè)鱗的數(shù)目介于這兩種魚(yú)之間。這種細(xì)胞工程魚(yú)生長(zhǎng)速度比鯉魚(yú)快22%，現(xiàn)已在生產(chǎn)上大面積推廣。

1966年，科學(xué)家用兩棲類(lèi)非洲爪蟾進(jìn)行核移植試驗(yàn)。他們將蝌蚪的腸細(xì)胞的細(xì)胞核移入去核的卵細(xì)胞中，結(jié)果有%的重組細(xì)胞發(fā)育成體。他們的試驗(yàn)第一次證明了動(dòng)物的體細(xì)胞也具有全能性，但在哺乳動(dòng)物體細(xì)胞中尚未證明。

⒊用胚胎細(xì)胞克隆哺乳動(dòng)物

1986年，英國(guó)科學(xué)家用綿羊的8細(xì)胞胚胎細(xì)胞(在8細(xì)胞胚胎之前的細(xì)胞才能表現(xiàn)全能性)做供核細(xì)胞，羊的卵細(xì)胞做供質(zhì)細(xì)胞，結(jié)果重組細(xì)胞能發(fā)育成羊成體，此后又相繼用胚胎細(xì)胞克隆出牛、鼠、兔、猴等動(dòng)物。應(yīng)該指出的是，該試驗(yàn)并非復(fù)制雄性或雌性綿羊，而是復(fù)制它們的后代，因此試驗(yàn)還存在一定的不足或缺陷。

在我國(guó)，用胚胎細(xì)胞克隆哺乳動(dòng)物，80年代末已克隆出免；1991年西北農(nóng)業(yè)大學(xué)和江蘇農(nóng)學(xué)院克隆出羊；1993年中國(guó)科學(xué)院發(fā)育研究所與揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院克隆出山羊；1995年華南師大和廣西農(nóng)業(yè)大學(xué)克隆出牛。此外，湖南醫(yī)學(xué)院還克隆出鼠。但是，用胚胎細(xì)胞以外的體細(xì)胞克隆出哺乳動(dòng)物，則是由英國(guó)科學(xué)家維爾穆特開(kāi)創(chuàng)的。

四、“多莉”的誕生

“多莉”是世界上第一例用體細(xì)胞──乳腺上皮細(xì)胞，通過(guò)細(xì)胞核移植技術(shù)，在復(fù)雜的人工操作下，得到的一只小綿羊。其操作過(guò)程是這樣的：

⒈從蘇格蘭黑臉母羊(甲羊)取出卵子，并把卵子的遺傳物質(zhì)吸去，成為只有細(xì)胞質(zhì)的卵子。

⒉從妊娠后期3個(gè)月的母羊(乙羊)取出乳腺上皮細(xì)胞，在體外傳代培養(yǎng)3─6代，并用藥物處理控制細(xì)胞發(fā)育使之處于休止期。這是非常關(guān)鍵的一步。然后取休止期的細(xì)胞作為供體細(xì)胞。

⒊將一個(gè)供體細(xì)胞導(dǎo)入上述卵子的透明帶內(nèi)腔。然后用電脈沖刺激，使供體細(xì)胞和卵子融合，形成重構(gòu)卵。

⒋把重構(gòu)卵移植到黑臉母羊(羊丙)的輸卵管里，此前將丙羊的輸卵管結(jié)扎，使胚胎不能進(jìn)入子宮。丙羊起到活體培養(yǎng)胚胎的作用，稱(chēng)為中間受體。

⒌重構(gòu)卵移入丙羊輸卵管內(nèi)6天后，從輸卵管沖出胚胎，挑選正常發(fā)育到桑椹期和囊胚期的胚胎。

⒍將1─3個(gè)桑椹胚或囊胚，移植到蘇格蘭黑臉羊(丁羊)的子宮內(nèi)。胚胎移植到子宮后,繼續(xù)發(fā)育,最后生出“多莉”。這只母羊稱(chēng)為“代母”。

此項(xiàng)用了約434個(gè)卵子,獲得277個(gè)重構(gòu)卵,移植到中間受體6天后，沖出247個(gè)胚胎,其中發(fā)育到桑椹胚和囊胚的29個(gè)%)。把29個(gè)胚胎移植給13只代母，最后生出1只“多莉”,產(chǎn)羔率僅為%。若以重構(gòu)卵數(shù)計(jì)算,產(chǎn)羔率低于4‰?？梢?jiàn)這一技術(shù)有待于完善。另外需要說(shuō)明的是，克隆綿羊技術(shù)并沒(méi)有做到完全復(fù)制，去核卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)也會(huì)含有少量遺傳物質(zhì)，它對(duì)胚胎發(fā)育也能起重要甚至是決定性的作用。生物的遺傳是細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)共同作用的結(jié)果。細(xì)胞質(zhì)基因也是DNA片段,其載體主要是一些細(xì)胞器，如質(zhì)體、線(xiàn)粒體等。細(xì)胞質(zhì)基因在一定程度上是獨(dú)立的，一般不受核基因的干擾。與核基因相比盡管細(xì)胞核含有%的遺傳信息，但個(gè)體的性狀表達(dá)仍然會(huì)受到卵細(xì)胞質(zhì)的影響。因此，從理論上分析，“多莉”羊還不是完全復(fù)制品。由于“多莉”只是孤單的一個(gè)，所以有人認(rèn)為，說(shuō)“多莉”是一克隆動(dòng)物，并不準(zhǔn)確。雖然目前只獲得1只“多莉”，但它是令世人矚目的重大科學(xué)成就。

五、克隆技術(shù)的意義及經(jīng)濟(jì)價(jià)值

波瀾壯闊的人類(lèi)歷史在很大程度上是由技術(shù)推動(dòng)發(fā)展的：金屬制造和改良的農(nóng)業(yè)使文明脫離了石器時(shí)代；19世紀(jì)的工業(yè)革命又導(dǎo)致了大機(jī)器和大城市的興起；到了20世紀(jì)，物理學(xué)戴上了王冠。物理學(xué)家們劈開(kāi)原子，揭示了相對(duì)論和量子理論的奇妙世界，還開(kāi)發(fā)利用了小小的硅片。他們通過(guò)原子彈、晶體管、激光和微型集成電路改變了世界?，F(xiàn)在，許多專(zhuān)家相信，人類(lèi)已經(jīng)做好了用新的科技發(fā)展浪潮迎接未來(lái)的準(zhǔn)備。正如1996年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、美國(guó)賴(lài)斯大學(xué)的化學(xué)家羅伯特·柯?tīng)査f(shuō)：“現(xiàn)在是物理學(xué)和化學(xué)的世紀(jì)，但下世紀(jì)顯然將是生物學(xué)的世紀(jì)?！痹S多科學(xué)家認(rèn)為，以克隆綿羊“多莉”誕生為標(biāo)志，生物學(xué)世紀(jì)已經(jīng)提前到來(lái)。

克隆技術(shù)的突破，引起世人的震驚。人們擔(dān)心的是人類(lèi)的自我復(fù)制，而往往忽視了其他方面的應(yīng)用和意義。其實(shí)，它在基礎(chǔ)生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、家業(yè)科學(xué)研究與生產(chǎn)中，具有重大的理論價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景，并存在著巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。在未來(lái)的5～20年，將逐步形成和引起一場(chǎng)世界范圍內(nèi)新的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命。

⒈在基礎(chǔ)生命科學(xué)方面，由以往進(jìn)行基因功能研究主要在小鼠等少數(shù)動(dòng)物身上進(jìn)行到現(xiàn)在在多種動(dòng)物身上均可得到實(shí)現(xiàn)，這有利于更加清晰地揭示基因功能和生命的本質(zhì)；提供研究哺乳動(dòng)物細(xì)胞發(fā)育全能性及核質(zhì)關(guān)系最有效的手段之一；還可以克隆各種瀕危動(dòng)物，如國(guó)寶大熊貓、金絲猴甚至白鰭豚等。

⒉在醫(yī)學(xué)科學(xué)方面，可以為醫(yī)學(xué)科學(xué)研究提供核基因型完全一致的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，這有利于醫(yī)學(xué)家研究目前尚未找到有效治療方法的疾病，并揭示發(fā)病機(jī)制；對(duì)其進(jìn)行去分化機(jī)制的研究，有助于抗衰老及其機(jī)制的研究。

⒊在農(nóng)業(yè)科學(xué)方面，可快速培育和擴(kuò)繁抗病力強(qiáng)、生產(chǎn)性能高的優(yōu)良動(dòng)物；可以研究動(dòng)物的發(fā)病機(jī)理，尋求新的有效治療藥物。

六、如何迎接“克隆時(shí)代”的挑戰(zhàn)

克隆技術(shù)的成功，標(biāo)志著“復(fù)制”哺乳動(dòng)物的最后技術(shù)障礙已被突破。隨之而來(lái)，在理論上復(fù)制人類(lèi)已成為可能。所以，克隆技術(shù)不僅給我們帶來(lái)了益處，也向人類(lèi)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這一技術(shù)一旦應(yīng)用于人類(lèi)，將會(huì)對(duì)人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生極其嚴(yán)重的后果。

⒈人類(lèi)從有性生殖回到了無(wú)性生殖，無(wú)疑是一個(gè)巨大的倒退。

⒉“克隆人”沒(méi)有父母，沒(méi)有親情，社會(huì)將會(huì)變得冷酷無(wú)情。

⒊“克隆人”成年后也有可能會(huì)通過(guò)有性繁殖來(lái)繁衍后代，不知不覺(jué)地就可能造成大量的近親結(jié)婚，其后果是不堪設(shè)想的。

⒋從社會(huì)學(xué)的觀點(diǎn)看，人類(lèi)之所以能不斷發(fā)展進(jìn)步，是靠每個(gè)人的不斷努力和奮斗，這種力量的來(lái)源除了個(gè)人的理想外，就是人們對(duì)社會(huì)、對(duì)家庭的義務(wù)，如果沒(méi)有贍養(yǎng)老人和撫育下一代的義務(wù)，這種力量就會(huì)大大地減少，對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展也是不利的。

⒌科學(xué)家的“復(fù)制品”不一定能成為科學(xué)家。人的成才除了先天的原因外，后天因素也起著重要的作用。如果這些“復(fù)制品”都背上科學(xué)家的“包袱”，而不努力學(xué)習(xí)，社會(huì)豈不倒退了嗎？再者，如果有人為了報(bào)復(fù)社會(huì)，大量地克隆弱智人，社會(huì)將怎么辦？如果有人瘋狂地“復(fù)制”像希特勒那樣的狂人，加以后天的“培養(yǎng)”，更讓人毛骨聳然……

從克隆綿羊的誕生，使我