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我想跟大家讲一讲
如何用克隆和干细胞技术来复活生命。
大家知道,有两种方法可以复制细胞和有机体。
第一个,也是最有争议的就是
克隆技术,
也叫做体细胞核转移技术。
它的概念非常简单,
从一个未受精的卵细胞开始, 就是这个大圆圈,
然后把你想克隆的细胞放进去,
就是旁边那个小一点的体细胞,
之后再在这个体系中加上一个电荷,
它可以破坏二者之间的膜,
这样你想克隆的细胞的细胞核
就会扩散到卵细胞中;
随后加一些化学物质,
让那个体系误以为被受精了,
它就会开始分裂,
这样我们就得到了所谓的植入前的胚胎。
然后你有两件事可以做。
一个是你可以把它放在一个培养皿里,
让它成长为胚胎干细胞,
也就是身体的主细胞,
能够转变成各种细胞类型。
另一件可以做的事就是
可以把它放在一个代孕动物体内
来创造一整个新的有机体。
另外一个方法比较新,叫做细胞重编程。
这也引申出了一个概念,叫做诱导性多功能干细胞,
或者iPS细胞。
你可以从一片皮肤上的一个体细胞开始,
注入一些转录因子,
恢复分化的细胞的多功能性,
很像一个胚胎干细胞。
现在我们有些新的技巧,
事实上也能够把这些细胞变成一个完整的有机体。
迄今为止,大约24个不同的物种已经被克隆了。
在1958年,约翰·戈登(John Gurdon)克隆了第一只动物,
是一只青蛙。
事实上,他几个月前才刚刚
因为这项出色的工作被授予了诺贝尔奖,
从那以后,当然,出现了克隆羊多利(Dolly),
我们,以及其他研究组已经克隆了 老鼠,山羊,甚至是猫和狗。
事实上,在20世纪90年代,我们用基因改造的细胞
克隆了一整群的牛。
所以,你们现在看到的
是可以在奶中产生出人类清蛋白的动物。
所以,我们可以用相同的方法复活灭绝的动物,
就像侏罗纪公园里那样。
那么在这个过程中,我们在一头牛的 耳朵上提取了一片皮肤活组织,
在基因盒里培养这些细胞,
然后用普通的卵细胞去制造一群动物。
相似的,就像乔治·丘奇(George Church, 美国哈佛大学遗传学教授)描述的那样,
我们可以拿,比如说一个大象的细胞, 敲入一段獠牙,或者长耳朵的基因,
或者血红蛋白,这样它就可以在寒冷的气候里生存,
随后用我待会儿会提到的技术,
我们可以制造精子和卵细胞,从而制造一整个有机体。
那么,现在有两种类型的克隆技术。
一种是跨物种克隆,
另一种是物种内克隆。
通过物种内克隆,
你实际上用的是来自你想要克隆的 同样物种的卵细胞和体细胞,
但是用跨物种的方法,
我们可以用一个物种的卵细胞 去克隆另外一个物种的细胞。
这是非常重要的,如果你想复活灭绝动物,
或者克隆濒危动物。
在2000年,我们运用这种跨物种技术
克隆了第一个濒危物种。
在这个实验中我们用的是印度野牛,
濒临灭绝的野牛。
那个时候人们都说: ”这行不通的,根本不可能。”
他们这样说的原因是
克隆技术并不能克隆完整的个体。
事实证明每个细胞都有2对基因组。
一个是线粒体基因组,
线粒体
是细胞内产生能量的细胞器。
它是通过母性遗传的, 所以来自卵细胞。
另一个是核基因组,
它携带的基因可以让我们
区别于大象和老鼠。
所以这两个基因组需要互相交流,
有证据表明这只能在
8百万到1千8百万年的物种辐射间发生。
我们通过使用非常相似的物种进行
和谐异种移植,绕开了这个问题。
在这个特殊的实验中, 我们用的印度野牛和母牛
都是牛属物种。
用这个方法,
我们能够再生这些克隆牛的胚胎,
它们看起来可能有点像小圆圈,
但其实这些是漂亮的小印度野牛胚囊。
我们的计划是培育这些胚胎,
用FedEx把它们寄到爱荷华的一个农场,
在那里它们会被植入一些普通的母牛体内。
结果,在第一次我们做好胚胎之后
放在门外等着快递员来取,
不幸的是,第二天早上我们过来时, 它们还在那里。
不过最后FedEx还是递送了新的胚胎样品,
这些胚胎也的确被植入了一些动物体内。
我去爱荷华看过。
我们获得了25%的受孕率。
我们让其中的两例继续孕育。
很遗憾其中一个在后期夭折了,
在第202天的时候。
我们让另外一个继续孕育胚胎。
这个就是Bessy,怀孕8个月了。
我们有点着急。
全世界都在关注我们, CNN几乎每天都在跟进报道,
我们很担心,“如果Bessy生出来的 是一头普通的母牛怎么办?
那就太尴尬了!”
(笑声)
这种事以前发生过。
不过幸运的是,生出来的确实是 一只漂亮的小印度野牛崽。
这种感觉颇有点奇妙,
当你看到这种通常在
东南亚竹林里繁育的外来濒危物种
在充满牛粪味儿的爱荷华农场出生,
不过这的确是事实。
不过它在2天后就不幸夭折了。
人们都说:“看吧鲍勃,这种技术行不通。”
大约2年之后,我们去了圣地亚哥动物园
他们带来了一头白臀野牛。
这种动物在地球上现存只有大约2000只。
他们还有这种动物的细胞,
已经冷冻保存了大概二三十年。
他们给了我们一小瓶这种冷冻细胞,
像之前一样,我们把这些细胞 植入母牛卵细胞,送回了爱荷华,
在2003年的愚人节,我们又有了一只漂亮的白臀野牛崽,
它最后被送回了圣地亚哥动物园,
跟其他白臀野牛生活在一起。
所以,这项技术是可行的。
它确实还存在一些问题,
不过我们有一些新的技术,我待会儿会讲到,
这些技术现在已经可以破除这些瓶颈了。
顺便讲一下,我收集恐龙化石。
你们如果去我家前门,
看到的第一个东西就是雷龙的股骨。
大约有6英尺长,800磅重。
大家都说:“鲍勃,你把它克隆了吧!”
那种动物比我的房子还大。
我不知道应该找什么样的代孕物种,虽然只是一颗蛋!
(笑声)
再说一句,我其实住在一座岛上,
有一天一名《今日美国》的记者去了那里跟我说:
“你住在岛上,应该装上电网才会比较安全。”
我告诉他: “你不能用石头来克隆。”
所以你们不太可能在短时间内
在你们家后院看到恐龙。
不过这并不意味着它们会永远灭绝。
你们应该从Alberto (克隆科学家Alberto Fernandez-Arias博士) 那里听说了关于Celia(已灭绝的Bucardo野山羊, 其细胞于1999年被冷冻保存)的事,
那就是第一个短期的成功实例。
我记得2000年去了西班牙的萨拉戈萨,
会见了一些部长。
那是在Celia死去后没几个月,
我们就提出想要克隆它。
他们大多数人都笑了,一致认为这只是种科学幻想。
我现在手头还有一瓶其中一个部长赠送的葡萄酒,
打算在第一只Bucardo野山羊
放归到比利牛斯山后打开它。
还有很多其他的物种。
麦克•阿切尔(Mike Archer,新南威尔士大学古生物教授) 提到了胃育蛙,
有它的冷冻细胞,希望我们能够通过跨物种克隆技术
复活这个物种。
但是就像我刚才说的,这些技术都有局限性,
那么最近,就在几个月前,
山中伸弥(Yamanaka)教授发现了iPS细胞,
并跟约翰•戈登分享了诺贝尔奖,
这些就是我刚才提到的重编程的细胞,
用这种方法,我们现在已经有了一个
研究保护生物学的新工具。
所以当山中伸弥发表了一篇文章,
声称我们第一次可以培育人类iPS细胞的时候,
我也在科学杂志发表了一篇通讯文章, 论断这种细胞也可以
用在保护生物学中,来保存
濒危和灭绝动物的基因。
这种方法已经成功地运用在了一些动物身上。
这样的技术有很多种,在这里简单介绍一个:
通常叫做四倍体胚胎互补技术。
这个过程就是,从受精卵开始,
让它分裂成2个细胞,
然后让这两个细胞融合,这样就得到了2倍的DNA,
这就是为什么我们管它叫四倍体。
让它继续分裂,
直到形成一个胚泡。
这只会形成胎盘和多余的胚膜,
本身并不会生成胚胎。
这样就可以把iPS细胞注入到胚泡里,
它们会自然生长成动物个体。
然后从胚胎开始,找一个白色的代孕母体,
注入来自有色动物的iPS细胞,
就能得到所有iPS动物,尤其是克隆动物。
那么我们可以实现这一过程,
也可以从几乎任何一种动物身上获得iPS细胞,
比如马,或者鸟类。
这个步骤要比常规的克隆过程容易得多。
不过这种技术发展的趋势就是,
把iPS细胞直接转变成卵细胞和精细胞。
你只有某个濒危动物或者其同类
身上的一小片皮肤,打个比方,
要复制猛犸象,可以用一只大象的细胞,
加入转录因子,
将其转化成iPS细胞,
然后再把它们巧妙地转换成原始生殖细胞,
最后再转变成精细胞或者卵细胞。
事实证明这样做是有效的。
几个月前,一个日本的研究团队
第一次将iPS细胞转变成了卵细胞
并复制出了一只小狗,
而1年前,同样是这个研究组, 将iPS细胞转变成了精细胞,
同样可以生出小狗。
所以要实现复活这些灭绝物种, 只要从比方说一个大象的细胞开始,
将各种比如长牙,长耳之类的基因进行上调控,
这样就可以制造精细胞和卵细胞了,
然后就可以孕育一整个有机体。
不过以防万一这种方法不奏效,
对你们当中那些侏罗纪公园的粉丝,
我口袋里其实有一块琥珀,
这里面真的有一只蚊子。
谢谢大家。
(笑声)
(掌声)