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世界首例体细胞克隆猴在中国诞生,这一研究有哪些难点?具有多大的科学意义?

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世界首例体细胞克隆猴在中国诞生:攻坚克难,里程碑式的科学飞跃

2018年,中国科学家在世界体细胞克隆猴的研究上取得了突破性进展,首批通过体细胞克隆技术诞生的猴子在中国诞生,这无疑是生命科学领域的一项重磅消息,也为人类探索生命奥秘,特别是生物医学研究,打开了新的大门。这项研究的成功并非易事,背后凝结了无数科研人员的心血,克服了诸多技术难关。

体细胞克隆猴研究的难点剖析:步步惊心,精益求精

体细胞克隆听起来似乎只是简单的复制,但将这一技术应用在灵长类动物,尤其是猴子身上,其难度系数呈几何级数上升。以下是这项研究面临的主要难点:

1. 体细胞核的重编程障碍: 克隆技术的关键在于将已分化的体细胞核(包含完整的遗传信息)移植到去核的卵母细胞中,然后诱导其重新编程,恢复到早期胚胎发育的状态。然而,体细胞由于已经高度分化,其基因表达模式被“锁定”,要打破这种“锁定”,让细胞核重新“听话”,回到全能性状态,是一个极其复杂且低效的过程。对于猴子这样复杂的生物,其体细胞的重编程效率尤其低,常常会发生基因表达异常、发育缺陷甚至癌变等问题。科学家需要不断优化细胞培养条件、引入特定的化学物质或生长因子,来帮助体细胞核“返老还童”。

2. 卵母细胞的质体(细胞质)兼容性: 卵母细胞的细胞质并非只是一个简单的容器,它包含了大量的RNA、蛋白质以及各种细胞器,这些物质在胚胎早期发育中起着至关重要的作用,能够指导细胞核的基因表达和分化。体细胞核移植进去后,需要与新的细胞质环境进行高度协调。如果体细胞核与卵母细胞的质体之间存在不兼容,就可能导致发育停滞或出现发育异常。寻找能够与猴子体细胞核良好兼容的卵母细胞,并确保质体内的关键物质维持其活性和正确功能,是克隆成功的关键之一。

3. 胚胎发育的效率和稳定性: 即使成功完成了核移植和初步重编程,后续的胚胎发育也充满了挑战。克隆胚胎的发育往往比自然受精的胚胎更脆弱,更容易出现发育迟缓、形态异常、着床失败甚至死胎等情况。在猴子身上,这一问题更为突出。每一代克隆的成功率都非常低,可能需要进行成百上千次的尝试才能得到一个发育正常的胚胎。如何提高克隆胚胎的发育效率和稳定性,确保其能够顺利发育成健康的个体,需要对胚胎发育的每一个环节进行深入的理解和精准的调控。

4. 表观遗传学的重塑: DNA序列是生命的蓝图,但基因的表达受到表观遗传修饰(如DNA甲基化、组蛋白修饰)的调控。体细胞的表观遗传标记与胚胎早期发育的表观遗传状态是不同的。克隆的关键在于能否将体细胞的表观遗传标记“擦除”并重新“写入”正确的胚胎发育程序。猴子作为高等哺乳动物,其表观遗传调控网络极其复杂,对环境信号和内部信号都非常敏感。未能完全重塑的表观遗传信息,会导致基因表达异常,进而引发发育障碍甚至疾病。如何精准有效地重塑猴子的表观遗传信息,是体细胞克隆技术最核心的难点之一。

5. 动物模型的建立与优化: 针对猴子的克隆技术研究,需要建立一套成熟的猴子繁殖和胚胎操作体系。这包括猴子的饲养管理、配种、卵母细胞采集与成熟、胚胎体外培养、以及最终的胚胎移植等环节。每一个环节都需要高度的专业性和精细的操作,并且要考虑到猴子的生理特点。此外,动物福利也是一项重要的考量,如何在保证研究进展的同时,最大程度地减少对动物的伤害和干扰,也是科研人员需要面对的伦理和技术难题。

体细胞克隆猴的科学意义:开启生物医学研究新纪元

中国科学家在体细胞克隆猴领域的突破,其科学意义是划时代且极其深远的,它不仅是技术上的壮举,更是为众多科学研究领域提供了前所未有的强大工具和研究平台。

1. 加速神经科学和脑科学研究: 猴子是与人类亲缘关系最近的动物模型,在行为、认知、神经结构和功能等方面与人类有高度相似性。在此之前,研究人员只能依靠野生猴子或随机繁殖的猴子,这在基因背景的均一性上存在很大问题,极大地限制了对疾病机制的研究和新药疗效的评估。体细胞克隆猴可以实现基因编辑猴的稳定高效制备,通过导入特定基因或敲除特定基因,构建出模拟人类疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症等)的猴模型。这些模型能更精准地反映疾病的病理生理过程,为科学家深入理解疾病的发生机制,寻找新的诊断标志物和开发更有效的治疗药物提供了无与伦比的平台。

2. 推动疾病基因治疗和药物研发: 在基因治疗领域,利用克隆技术可以构建出带有特定基因缺陷的猴子模型,用于测试基因疗法的有效性和安全性。同时,也可以通过克隆技术,稳定地扩繁具有特定基因改造的猴群,为药物筛选和疗效评价提供标准化的、背景高度一致的实验动物。这大大提高了药物研发的效率和成功率,加速了新药进入临床试验的进程,最终惠及人类健康。例如,针对遗传性疾病,可以直接在猴胚胎阶段进行基因修正,再通过克隆技术获得健康的、带有修正基因的猴个体,这为研究和治疗人类遗传病提供了全新的思路。

3. 深入探索灵长类发育生物学和生殖技术: 克隆猴的研究过程本身就是对灵长类动物早期发育、基因调控、表观遗传学等生命基本过程的深入探索。科学家在克服克隆技术难关的过程中,积累了大量关于猴子胚胎发育、细胞核与质体相互作用、以及表观遗传重塑机制的宝贵数据。这些数据将有助于我们更全面地理解生命起源和发育的奥秘,为人类自身的生殖健康研究,以及辅助生殖技术的改进提供理论和技术支持。

4. 促进比较基因组学和进化生物学研究: 通过克隆技术,科学家可以对不同品系或不同个体猴子的基因组进行精确的比较研究,深入探讨基因变异与性状表现之间的关系,以及物种进化过程中遗传物质的变化。这有助于我们理解不同物种之间的差异,以及人类在进化过程中的地位。

5. 伦理和技术双重审视下的进步: 体细胞克隆猴的诞生,也再次引发了关于动物福利、生命伦理以及科技应用的广泛讨论。在严格的伦理规范下进行研究,并不断探索更高效、更人道的克隆技术,是科研人员的责任。这项技术的成熟,也为未来可能进行的更高级的生命科学研究,如人体器官的体外培育、基因编辑婴儿的安全性评估(尽管目前仍存在巨大伦理争议)等,奠定了基础,但也促使我们更审慎地思考科技发展的边界和方向。

总而言之,中国首例体细胞克隆猴的诞生,是生命科学领域一项具有里程碑意义的成就。它不仅克服了体细胞克隆灵长类动物的技术瓶颈,更重要的是,它为神经科学、遗传学、药物研发等多个前沿科学领域提供了强大的研究工具,必将极大地推动人类对生命本质的认识,并最终服务于人类的健康和福祉。这是一项充满挑战但也意义非凡的探索,标志着中国在生命科学研究领域迈上了新的台阶。

网友意见

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从胚胎操作沾边人员的角度,说下克隆猴的技术难度。

克隆猴确实难做。
1.技术操作难度大。
体细胞核移植本身的操作难度称得上是胚胎操作里最复杂的。
做过胚胎操作的都知道,受精卵并不是珍珠奶茶,拿吸管一戳,珍珠(细胞核)就被夹住了。受精卵内部有点像流动的胶质,注射针头碰核时需要一点吸力,否则核容易跑开,很难戳准;但你吸得猛了,基本什么胞器都前仆后继来堵针了。吹吸的速度和量很有讲究。
而去核时,注射针的进退会留下较大创口,操作时间一长,机械损伤稍微大点,立马能看到胞质流出,卵就暗掉了(死了)。

当然,所有操作上的东西,只要心灵手巧,重复次数多了,都会有所成就。
所以技术虽难,也可以尝试。

2.有近期的表观遗传基础研究,才有克隆猴的成功。
前面的技术掌握了,算是人和,能按照别人的步骤做克隆羊,但做不了克隆猴。
之前克隆猴最接近成功的一次是2010年,胚胎发育到81天流产,此后进展一直比较慢。
很多技术都是如此,卡壳卡一段时间,等更多基础研究成果出来了,能突破瓶颈,再往前推一推。
这次克隆猴的成功,得益于表观遗传基础研究的不断深入。

表观遗传是什么呢?
DNA序列是素颜,表观遗传就是是化妆。女生化个妆,眼睛能大三倍;画不同的妆,基本就是不同的人。
体外操作过的细胞,虽然DNA序列没什么变化,但DNA甲基化+组蛋白修饰(表观遗传)和生理条件下的胚胎差很多。
克隆猴为了改变表观修饰,胚胎注射了组蛋白H3K9me2/3的去甲基化酶kdm4d mRNA,并且加强了胚胎的组蛋白乙酰化(TSA处理),改变了胚胎的表观修饰,加强胚胎的转录活性。
等于说,看你画错妆了,给你泼点卸妆水,你重新画,重画就有机会画得和正常胚胎差不多。

其实,TSA和H3K9去甲基化两个处理,提高胚胎存活率,都是这几年发现的,孙强组不跟,其他组也会做。
所以说,克隆猴基本是件慢慢会做成的事。
就看谁先做成。

3.克隆猴成本高。
食蟹猴的生长周期,饲养成本都远胜一般动物。
取卵数不多,成本很高,大多数实验室没钱尝试。

很多有胚胎操作技术,但没客观条件的科研人员,看这一块的竞争可能像神仙斗法,百姓吃瓜吧。
大家搬着板凳,看有钱的大佬们在试错中慢慢往前推动,沿着一条人力和钱铺成的路,直到成功。

成功了,吃瓜群众有些怅然。
总觉得从技术理论上讲,自己也可以去试试,只是没机遇。
但真派上这个课题,人力物力都不一般的大,竞争压力也不小,可能还是不敢接这种课题。

也许这就是对克隆猴技术难度该有的描述:
一个你考虑去接,但最终很大概率不敢接的课题。
你说难不难?

---
至于这项技术的应用。
文章里怎么怎么应用都是瞎吹吹,从成本上来说,这项技术推广难度很大,目前作为一项科研进步的价值 远大于应用价值。

克隆人?科研伦理上不会有人做这事。

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