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第58章 生物技术(6)

1997年,克隆羊“多利”诞生。1996年,世界第一例从成年动物细胞克隆出的哺乳动物绵羊多利诞生。这个秘密直到1997年2月才向世人公布。苏格兰胚胎学家伊恩·维尔穆特和同事用一只成年母羊乳房内取出的细胞克隆出多利。

1998年,克隆批量化。美国夏威夷大学的科学家用成年细胞克隆出50多只老鼠,并接着培育出3代遗传特征完全一致的实验鼠。与此同时,其他几个私立研究机构也用不同的方法成功克隆出小牛。其中最引人注目的是,日本人用一个成年母牛的细胞培育出8只遗传特征完全一样的小牛,成功率高达80%。

2000年,人类近亲被克隆。美国俄勒冈的研究者使用与克隆羊“多利”截然不同的方法克隆出猴子,科学家将一个仅包含8个细胞的早期胚胎分裂为4份,再将它们分别培育出新胚胎,唯一成活的只有“泰特拉”(Tetra希腊词,意义为“四”)。与多利不同的是,“泰特拉”既有母亲也有父亲,但它只是人工4胞胎中的一个。此外,帮助培育出多利羊的生物技术公司宣布克隆出5只小猪仔。该公司宣称,克隆猪最终将成为人类移植器官的“加工厂”。

2001~2003年,克隆人。2001年1月,英国成为全球第一个有效地使克隆人类胚胎合法化的国家。政府通过一项富有争议性的法案,目的在于允许对人类胚胎内的根细胞进行科学实验。该法案要求克隆体必须在诞生后14日内被毁灭。培育克隆婴儿仍属非法行为。2001年3月,美国生殖科学家帕纳伊奥提斯·扎沃斯和一个国际研究小组宣布,数百对夫妇已自愿报名参加培育克隆婴孩的实验。该小组宣称最早至2003年便可帮助不孕夫妇培育克隆婴儿。

从2002年12月开始,多个邪教组织和个人先后宣称,成功克隆出了人类婴儿,但至今没有一个能得到科学界的鉴定和承认。

现有技术无法克隆人。2003年4月10日,美国研究人员在《科学》杂志上撰文指出,尽管从1997年第一只克隆绵羊“多利”诞生以来,人类目前已经成功克隆出牛、猪、老鼠、兔子、山羊和猫等哺乳动物,然而却没有一种灵长类哺乳动物(如猴子)的克隆实验获得成功。此外,即便是被成功克隆出来的哺乳动物也存在着提前夭折危险或某些严重天生缺陷(比如多利就患有关节炎和未老先衰症,无法达到其预期寿命)。因此,专家认为现有技术水平可能根本无法成功克隆出人来。

美国科学家利用现有的4种细胞核移植技术,对724个恒河猴卵细胞进行了克隆操作。研究人员共获得33个克隆猴早期胚胎,但将其移植入代孕动物体内后,这些胚胎经过初步的细胞分裂后无一真正孕育。科学家们进行分析后发现,虽然克隆猴细胞表面上看似分裂正常,但细胞内的染色体却出现了紊乱。通常情况下,染色体在复制和排列过程中需要借助纺锤体,但在克隆猴细胞中,纺锤体结构却杂乱无章,结果导致染色体数目出现异常。不仅如此,对克隆猴细胞纺锤体形成至关重要的绝大多数蛋白质也出现缺损。

专家指出,虽然已有科学家利用细胞核移植技术克隆出羊、鼠、猪、牛和猫等动物,但美国科学家的研究表明,现有技术对灵长目动物并不适用,其可能原因在于,灵长目动物繁殖过程中对纺锤体组装的要求比其他哺乳动物“更为严格”。

由于根据克隆羊“多利”诞生技术进行人类“近亲”猴子的克隆工作目前全部以失败告终,因此这种技术可能根本不能用来进行克隆人。资料显示,如果要克隆某种哺乳动物,首先必须从一个雌性动物身上提取未受精的卵细胞,然后去掉其中的遗传基因物质,接着用从另外被克隆的动物身上提取新的DNA,并将其移植到上述卵细胞内部。这些初步工作完成后,科学家将用电击刺激这个卵细胞进行分裂,如果一切顺利,这个细胞将发育成胚胎并最终被移植到待孕母亲体内。

这些进行“克隆猴”研究的科学家发现,由于剥离母猴卵细胞DNA时破坏了一种重要蛋白,结果导致植入被克隆对象DNA的卵细胞根本无法进行正常的分裂生长,并引起染色体过度异常,从而直接造成母猴无法怀孕。这项研究成果从侧面证明,从2002年底至2003年初一度传说的沸沸扬扬的“克隆人降生”很可能是一个大骗局。

各种克隆动物你知道多少

从1996年世界第一只体细胞克隆动物小羊多利诞生后,“克隆”一词就像电波一样,立即传遍世界各地,各种克隆动物,比如克隆鼠、克隆牛、克隆猴、克隆猪、克隆猫和克隆兔等,也如雨后春笋般地纷纷问世,而濒危的大熊猫、绝种的印度猎豹,甚至只存在于考古记录中的哺乳动物猛犸等,科学家也都想尝试克隆一下。

蛙:青蛙是第一种被用于克隆实验的动物,但这种克隆技术与克隆“多利”的技术不同,算不上真正意义的克隆,前者是从发育到后期的胚胎中提取细胞核,而后者是从体细胞中取出细胞核。尽管胚胎细胞克隆相对容易,但科学家1952年的首次克隆实验还是失败了,接受了细胞核移植的卵细胞并没有发育。1970年,英国生物学家用同样方法尝试克隆,结果青蛙卵发育成了蝌蚪,但它在开始进食以后就死亡。

羊:首只胚胎克隆羊早在1984年就已问世,但当时克隆研究工作还处于低谷,也很少有人认为体细胞克隆技术是可行的,因此体细胞克隆羊多利的诞生震惊了世界,被誉为20世纪最重大的也是最有争议的科技突破之一。多利羊生于1996年7月5日,1998年产下一只小羊,2003年2月14日因肺部感染而实施了安乐死,它将作为世界上最尊贵的一只羊而载入史册。中国第一只体细胞克隆羊叫阳阳,2000年6月22日出生,2001年8月和2003年2月两次产下龙凤胎,可惜第二次中的一只因体质太弱而死亡。

鼠:第一只体细胞克隆鼠名叫卡缪丽娜,1997年10月3日出生。与克隆羊多利不同的是,来自日本、英国、美国和意大利等国的科学家采用了提高克隆成功率的新技术,一下子培育出了多只克隆鼠,而且还获得了“克隆的克隆”的第二及第三代克隆鼠。体细胞克隆鼠的诞生同时也宣告此前有关对多利羊身份和克隆技术的质疑可以结束了。

牛:“能都”和“加贺”是最早的两头体细胞克隆牛,出生在1998年7月5日,其名字均源于诞生地日本石川县的地名。尽管这两头牛早产近40天,但发育正常。它们的“妈妈”分娩当天没有异常反应,但第二天早晨却食欲不振,下午即死亡。克隆牛成功事实表明,可用这种技术批量培育品种优良或有特殊用途的牲畜以及保护濒危物种等。

猴:在目前所有克隆动物中,猴子在基因上与人类最接近。2000年1月,美国科学家宣称第一次成功地克隆出灵长类动物——一只名为“泰特拉”的克隆猴。克隆猴采用了胚胎细胞克隆的技术。科学家反复实验13次,只有“泰特拉”幸运地降生。科学家说,这些克隆猴将用于人类糖尿病和帕金森症的研究。

猪:体细胞克隆羊与克隆鼠诞生后,科学家就计划克隆猪。猪易于繁殖,而且其器官在大小和功能上与人体器官较为接近。据认为,将转基因技术和克隆猪技术结合,有可能大量繁殖转基因克隆猪,以从中获取适于移植手术的器官,为成千上万等待器官移植的病人带来希望。首批体细胞克隆猪共5只,出生于2000年3月5日。

猫:2002年初,世界上第一只体细胞克隆猫诞生了,名为CC(Copy Cat,复制猫)。CC的皮毛颜色很特别,它花白的毛色看上去完全不像生它的花斑猫妈妈,也不完全像它的基因妈妈。CC来到这个世上很不容易,科学家共实验了188次才获得成功。

兔:由于兔卵的活化和附着时间很难掌握,因此克隆兔比克隆其他哺乳动物的难度要大得多。为了成功地用体细胞克隆兔,科学家进行了数次实验,共培育了2 000多个转基因卵细胞,但最后只有6只于2002年培育成功,其中有2只在哺乳期夭折。

骡:2003年5月,美国科学家宣布,成功克隆出一头名叫“爱达荷宝石”(Idaho Gem)的小公骡。由于骡子是由驴和马交配而成的杂交动物,驴的染色体数为62个,马的染色体数为64个,而骡子的染色体却是63个,为单数,无法分裂,形不成成熟的生殖细胞,通常情况下没有生育能力。因此,克隆骡子成功具有非同寻常的意义。

为了克隆骡子,研究人员从一头名叫“塔兹”的骡子身上提取了一些体细胞,从细胞核内取出遗传物质DNA,并将其植入从母马体内提取的、经过剔除遗传物质的卵细胞。科学家们再将这种经过“组合”的卵细胞培养到一定阶段,然后植入母马的子宫内孕育。经过307次尝试和数十次失败的怀孕后,这头名叫“爱达荷宝石”的小骡子终于在2003年5月4日诞生。它出生时体重49千克,目前发育正常。

负责克隆骡子项目的专家宣称,进行本次试验的目的就是为了“帮助重要的骡子解决生育问题”。据统计,在过去200年间,仅有50头骡子成功繁育了后代。

克隆骡子的意义。“爱达荷宝石”问世之后,世界各大新闻媒体和学术刊物纷纷报道。世界权威的《科学》、《自然)杂志,也在第一时间给予重点介绍。克隆骡子“爱达荷宝石”看上去很普通,但它却拥有3个“世界第一”桂冠:第一个克隆的骡子;第一个克隆的马科动物;第一个克隆的杂种动物。

专家认为,克隆骡子的成功将有助于克隆其他自身繁殖有困难的濒危动物,甚至可以使一些灭绝的动物再世。在马科动物家族中有不少濒危物种,其中包括比大熊猫还珍贵的普氏野马,国家一级保护动物西藏野驴、蒙古野驴。大量繁殖濒危物种是保护该物种的最有效办法,而克隆技术可以克服自然条件下该物种交配成功率低的困难,使之大量繁衍。

该项成果对研究癌症等疾病也有重要参考价值。早先曾有研究显示,一些癌症患者细胞内钙含量异常高。与人相比,马患癌症的死亡率要低得多。这可能是因为马科动物细胞内的钙含量比人类低。克隆“爱达荷宝石”的科学家们已识别出一种化学物质,它能够抑制细胞内钙含量增高。研究人员已计划进行临床研究,对这种化学物质的效果做进一步验证。

脱氧核糖核酸(DNA)是捎带和传递信息的吗

DNA是遗传物质脱氧核糖核酸的简称。每个DNA分子都包含螺旋结构的双股链。DNA是构成基因的物质,是核酸的一种。DNA分子中,由脱氧核糖、磷酸及碱基组成的核苷酸单位相互连接,形成两条长链。这两条长链以同一轴为中心盘旋形成双螺旋结构。核糖及磷酸形成外侧的侧链部分,碱基则位于内侧。

DNA的碱基中有腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)四种碱基。碱基间的比例与生物种类无关,A与T比例是1∶1,G与C比例也是1∶1。通过观察用X线衍射获得的DNA晶体结构图,沃森与克里克于1953年发表了DNA的双螺旋结构模型(沃森-克 里克模型)。两条链中碱基A与T,G与C结合(形成碱基对),形成类似于梯子状弯曲的形状。这种结构很好地阐明了基因的特性,发表后立即被广泛地接受。

核糖核酸(RNA)具有转录与翻译的功能吗

核糖核酸是核糖核苷酸的多聚物。组成RNA的核苷酸主要有腺嘌呤(A)核苷酸,鸟嘌呤(G)核苷酸,胞嘧啶(C)核苷酸和尿嘧啶(U)核苷酸。此外还有一部分稀有碱基组成的核苷酸。RNA分子的核糖核苷酸碱基的排列顺序是RNA的最基本结构,也称为RNA的一级结构。这种顺序是由5′-3′方向确定的。RNA的主要生物学功能是实现生物信息的表达,即转录和翻译过程。根据在完成这一过程中起的作用不同,RNA可分为三类:核蛋白RNA(rRNA);转移RNA(tRNA);信使RNA(mRNA)。

何谓DNA复制

DNA复制是指以亲代脱氧核糖核酸(DNA)为模板,在酶的作用下合成出与亲代DNA相同的子代DNA的过程。目前研究较清楚的是核细胞DNA复制:在正常情况下,构成DNA分子的两条互补链以右手螺旋的形式存在,进行复制时,在解旋酶的作用下,亲代DNA解旋,即由解旋酶将互补的双链打开使其局部成为两单链,这样打开的部分单链和与其相连的完整的双链之间就形成叉状结构,DNA的复制将在此开始并延伸下去,所以该叉状结构又称为复制叉。在分别以解开的两条单链为模板,据碱基互补配对原则合成新的互补链时,须有引物存在。新合成的链只能沿线5′→3′延伸,且DNA新链的合成是不连续的,即先沿着模板链合成出一段片段,最后再将片段连接起来,这些由日本学者冈崎发现,所以这些不连续的片段又称为冈崎片段。DNA互补合成时所需的引物是一些小分子的DNA片段,由RNA聚合酶合成,DNA互补链的合成则由DNA聚合酶完成,如果合成时出现错误,则由DNA本身的校正功能或其他校正酶修改。冈崎片段合成后,在5′→3′核酸外切酶的作用下将引物水解,出现的缺口由DNA聚合酶合成片段填补,再在DNA连接酶存在下,将片段连接起来。这样随着复制叉向前运动、冈崎片段的合成及连接,最后形成新的双链DNA分子。由于在新合成的双链DNA分子中,有一条链是模板DNA链,所以DNA的复制又称为半保留复制。

DNA的复制始于特定位点,并沿一定方向进行。真核DNA上有许多复制起点,可以同时开始复制,可认为由许多复制单位组成,而原核生物一般只是一个复制单位。DNA复制方向有单向复制和双向复制两种。所谓单向复制即自复制起点始,两条链都向同一侧方向复制。而双向复制则自复制起点起,复制向两侧运动。单双向复制中有两种特殊的复制方式,其一是滚动环复制,其二是D-环式复制。DNA是生物的遗传物质,其复制的准确性对遗传物质完整性和稳定性而言是极为重要的。

何谓DNA损伤与DNA修复

DNA损伤是指某些理化因素,如紫外线、电离辐射和化学剂等均能作用于DNA分子,使其分子中一些核苷酸缺失或增添,或被置换,致使分子有序结构遭到破坏,这些被称为DNA的损伤。

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