什么是克隆技術(shù)

克隆是英文“clone”或“cloning”的音譯，而英文“clone”則起源于希臘文“Klone”，原意是指以幼苗或嫩枝插條，以無(wú)性繁殖或營(yíng)養(yǎng)繁殖的方式培育植物，如扦插和嫁接。在大陸譯為“無(wú)性繁殖”，在臺(tái)灣與港澳地區(qū)一般意譯為復(fù)制，轉(zhuǎn)殖或群殖。中文也有更加確切的詞表達(dá)克隆，“無(wú)性繁殖”“無(wú)性系化”以及“純系化”?？寺∈侵干矬w通過(guò)體細(xì)胞進(jìn)行的無(wú)性繁殖，以及由無(wú)性繁殖形成的基因型完全相同的后代個(gè)體組成的種群。通常是利用生物技術(shù)由無(wú)性生殖產(chǎn)生與原個(gè)體有完全相同基因的個(gè)體或種群。

雖然高等動(dòng)物普遍采用有性生殖，但克隆是否在高等生物中自然存在呢？答案是肯定的，例如同卵雙胞胎，源自于同一個(gè)受精卵的分裂，具有同樣的基因組，這也是人工克隆動(dòng)物的一個(gè)思路，將早期胚胎分為多個(gè)小的胚胎，然后再分別發(fā)育成多個(gè)個(gè)體。這種方式建立在早期胚胎細(xì)胞的可塑性（Plasticity）上，此時(shí)細(xì)胞的命運(yùn)依然可逆并具有全能性，而后期細(xì)胞，特別是已成熟的細(xì)胞并不具有這種特性。采用這種方式不僅在技術(shù)上困難，更為重要的是因?yàn)楸仨氂迷缙谂咛?，極大地限制了克隆的使用范圍。

很多特性必須要等到個(gè)體成熟后才能獲知，而如果此時(shí)再想克隆個(gè)體就需要換種思路：采用體細(xì)胞核移植（Somatic cell nuclear transfer， SCNT）技術(shù)。由于動(dòng)物個(gè)體的很多特征由基因控制，因此只要將基因組所在的細(xì)胞核移植到去核的卵母細(xì)胞或早期胚胎細(xì)胞中，再進(jìn)一步發(fā)育，即可獲得和被移植個(gè)體同特征的個(gè)體。狹義上的動(dòng)物克隆就是指使用體細(xì)胞核移植技術(shù)的克隆，目前大多數(shù)動(dòng)物克隆都是采用這種方式。

動(dòng)物克隆的簡(jiǎn)單歷程

得益于20世紀(jì)上半葉發(fā)育學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，1952年，美國(guó)科學(xué)家羅伯特·布里格斯（Robert Briggs）和托馬斯·金（Thomas King）將青蛙受精卵的細(xì)胞核移植到卵細(xì)胞中并發(fā)育出胚胎。這是人類第一次用細(xì)胞核移植技術(shù)成功發(fā)育出胚胎，這次實(shí)驗(yàn)成功地進(jìn)行了104次核移植，培育出35個(gè)胚胎，其中27個(gè)成長(zhǎng)為蝌蚪。這種發(fā)育成功率在普通人看來(lái)可能很低，但在克隆界算是很高了，簡(jiǎn)直是高出了天際。

當(dāng)然這與實(shí)驗(yàn)采用的動(dòng)物及細(xì)胞有關(guān)。首先，青蛙體外排卵，卵細(xì)胞體積大，非常便于實(shí)驗(yàn)操作。其次，細(xì)胞核來(lái)源于受精卵，本身具有發(fā)育成胚胎并長(zhǎng)成個(gè)體的能力。最后便是青蛙受精卵在水中能成長(zhǎng)發(fā)育，要求比較低。雖然實(shí)驗(yàn)看起來(lái)采取了特殊的模式，但依然意義非凡，因?yàn)榧幢憬袢杖祟愐廊徊磺宄?xì)胞核的取出和移植對(duì)細(xì)胞有怎樣的影響，但這次實(shí)驗(yàn)成功了，從結(jié)果上肯定了技術(shù)的可行性，為動(dòng)物克隆開(kāi)創(chuàng)了一片天地。

雖然青蛙克隆實(shí)驗(yàn)成功了，但人們的好奇心并不會(huì)因此而減弱，相反會(huì)變得更強(qiáng)，其中最重要的兩個(gè)疑問(wèn)是：成熟的體細(xì)胞核能否移植并發(fā)育？其他動(dòng)物能否被克??？

1958年，第一個(gè)問(wèn)題便有了答案。英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家約翰·戈登（John Gurdon）成功地將蝌蚪腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞核移植到青蛙卵細(xì)胞里，并發(fā)育出胚胎。在肯定了第一個(gè)問(wèn)題后，第二個(gè)問(wèn)題的答案也沒(méi)有讓人們等太久。1963年，我國(guó)科學(xué)家童第周在世界上第一次成功克隆了亞洲鯉魚，這次克隆是將一條雄性鯉魚的細(xì)胞核移植到雌性鯉魚的卵母細(xì)胞中。此外，1973年童第周還將亞洲鯉魚的基因移植到歐洲鯽魚中，第一次實(shí)現(xiàn)了種間克隆。

高等動(dòng)物羊、鼠和牛的克隆，分別發(fā)生在1984年、1986年和1994年，但由于它們都使用胚胎分裂技術(shù)，而非用成熟的體細(xì)胞，影響力較小，沒(méi)有受到很大關(guān)注。但很快地，克隆技術(shù)便得到了前所未有的關(guān)注，讓這個(gè)專業(yè)詞匯從生物學(xué)走進(jìn)了普通公眾視野，甚至走進(jìn)了科幻電影里。這就是1996年英國(guó)科學(xué)家基思·坎貝爾（Keith Campbell）和伊恩·威爾穆特（Ian Wilmut）用成熟體細(xì)胞成功克隆了一只羊，它的名字叫“多莉”。

多莉一出生便名揚(yáng)世界，它應(yīng)該是迄今為止世界上最有名的動(dòng)物，足以比擬任何當(dāng)紅明星，即便死后知名度依然不減。在經(jīng)歷277次核移植，產(chǎn)生29個(gè)胚胎，放入13個(gè)代孕母羊后，最后有且只有多莉幸運(yùn)地出生了。這次艱辛而又享譽(yù)世界的實(shí)驗(yàn)，從這組數(shù)據(jù)上可以看出，比起克隆界的前輩們，在概率上實(shí)在小得太多了，只出生了一只，這還是建立在科研人員數(shù)百次的辛勤工作上的，這也許是上帝的眷顧。

多莉有三個(gè)母親，分別是為它提供細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核和子宮。多莉只活了6年多，于2003年去世，共有三次生育，產(chǎn)生6個(gè)后代。

目前，已被克隆的高等物種有20多種，其中克隆牛和鼠誕生于1997年，和人類相近的獼猴在1999年，被科學(xué)家利用胚胎分離的方式克隆成功，克隆豬出現(xiàn)于2000年，克隆兔、騾子、鹿和馬則在2003年成功，克隆狗、果蠅在2005年誕生，2009年，克隆駱駝在迪拜誕生。

近幾年來(lái)，隨著科學(xué)的發(fā)展，克隆的應(yīng)用更加廣泛并開(kāi)始走向商業(yè)。2009年，一種已滅絕的庇里牛斯山羊（Pyrenean ibex）被克隆成功，這是人類第一次將已滅絕的物種克隆出來(lái)，雖然它僅活了7分鐘，但為滅絕動(dòng)物的再生打開(kāi)了一扇亮窗。

2014年，深圳華大基因報(bào)道稱，每年生產(chǎn)500只克隆豬，成功率在70-80%，但遭到了來(lái)自科學(xué)以及公眾方面的強(qiáng)大壓力。

2015年，一家中國(guó)公司計(jì)劃每年生產(chǎn)10萬(wàn)只克隆牛，用于滿足市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)牛的需求，同樣地，該計(jì)劃遭到了眾人的猛烈批評(píng)，認(rèn)為不具可操作性。

結(jié)合目前熱門的基因編輯技術(shù)，2017年，一只基因編輯狗在另一家中國(guó)公司誕生。

克隆猴為什么費(fèi)勁？三大難點(diǎn)抬高門檻

從第一只克隆羊到第一只克隆猴，歷時(shí)21年。期間，各國(guó)科學(xué)家先后克隆出牛、鼠、豬、貓、狗等多種動(dòng)物，但對(duì)猴子一直無(wú)能為力。

2003年，權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》曾發(fā)表了美國(guó)匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員的一篇論文，論文稱，用現(xiàn)有技術(shù)克隆靈長(zhǎng)類動(dòng)物“是行不通的”。

最接近成功的一次實(shí)驗(yàn)發(fā)生在2010年。美國(guó)俄勒岡靈長(zhǎng)類研究中心的著名科學(xué)家米塔利波夫率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功移植了克隆猴胚胎，但胚胎發(fā)育至81天，以流產(chǎn)告終。

孫強(qiáng)介紹，克隆猴主要有三個(gè)難點(diǎn)。一是細(xì)胞核不易識(shí)別，“去核”難度大。作為受體的卵細(xì)胞，必須先把細(xì)胞核“摘除”，才能容納體細(xì)胞的細(xì)胞核這個(gè)“外來(lái)戶”。但是，猴的卵細(xì)胞核去核難度非常大。

孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)中，博士后劉真是“去核”的主要操作者。借助顯微設(shè)備，劉真用一雙巧手反復(fù)練習(xí)，在最短時(shí)間內(nèi)、用最小損耗完成“去核”工作，為后續(xù)的克隆工作奠定重要基礎(chǔ)。

二是卵細(xì)胞容易提前激活。克隆過(guò)程中，體細(xì)胞的細(xì)胞核進(jìn)入卵細(xì)胞時(shí)，需先“喚醒”卵細(xì)胞，然后才啟動(dòng)一系列發(fā)育“程序”。因此，“喚醒”的時(shí)機(jī)要求非常精準(zhǔn)。但是，使用傳統(tǒng)方式，猴的卵細(xì)胞很容易被提前“喚醒”，往往導(dǎo)致克隆“程序”無(wú)法正常啟動(dòng)。

三是體細(xì)胞克隆胚胎的發(fā)育效率低。被轉(zhuǎn)移到卵細(xì)胞里的細(xì)胞核突然要扮演受精卵的角色，“趕鴨子上架”很不適應(yīng)，需要科學(xué)家采取多種手段“保駕護(hù)航”。如果“保駕”不力，絕大多數(shù)克隆胚胎都難以正常發(fā)育，往往胎死腹中。

經(jīng)過(guò)5年不懈努力，孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)成功突破了克隆猴這個(gè)世界生物學(xué)前沿的難題。通過(guò)DNA指紋鑒定，“中中”和“華華”的核基因組信息與供體體細(xì)胞完全一致，證明姐妹倆都是正宗的克隆猴。

克隆猴有啥價(jià)值？疾病研究、新藥測(cè)試將大幅提速

經(jīng)過(guò)體檢，記者戴上口罩、穿上白大褂，在中科院神經(jīng)所研究員孫強(qiáng)的帶領(lǐng)下，走進(jìn)克隆猴寶寶的“育嬰房”。

世界上首只克隆猴“中中”和她的妹妹“華華”正在恒溫箱里嬉戲。姐姐比妹妹年長(zhǎng)10天，除了體型大小略有差異，姐妹倆看不出什么區(qū)別。

她倆的基因，都來(lái)自同一個(gè)流產(chǎn)的雌性獼猴胎兒?？蒲腥藛T提取了這個(gè)獼猴胎兒的體細(xì)胞（非生殖細(xì)胞），通過(guò)技術(shù)手段將其細(xì)胞核“植入”若干個(gè)“摘除”了細(xì)胞核的卵細(xì)胞。“中中”是第一個(gè)發(fā)育成型并順利誕生的幸運(yùn)兒。

“克隆猴的誕生意味著中國(guó)將率先建立起可有效模擬人類疾病的動(dòng)物模型?！睂O強(qiáng)說(shuō)，利用克隆技術(shù)，未來(lái)可在一年時(shí)間內(nèi)，培育大批遺傳背景相同的模型猴。這既能滿足腦疾病和腦高級(jí)認(rèn)知功能研究的迫切需要，又可廣泛應(yīng)用于新藥測(cè)試。

孫強(qiáng)介紹，如果實(shí)驗(yàn)對(duì)象的遺傳背景不同，“實(shí)驗(yàn)組”和“對(duì)照組”的說(shuō)服力就不夠強(qiáng)。傳統(tǒng)醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)大量采用小鼠，很大程度上是因?yàn)槭箢惪赏ㄟ^(guò)快速近親繁殖，培育出大量非常相似的小鼠。

但由于小鼠和人類相差太遠(yuǎn)，針對(duì)小鼠研發(fā)的藥物在人體檢測(cè)時(shí)大都無(wú)效或有副作用。據(jù)了解，這是目前絕大多數(shù)腦疾病研究無(wú)法取得突破的一個(gè)主要原因。

中科院神經(jīng)所所長(zhǎng)蒲慕明院士說(shuō)，克隆猴的成功，將為腦疾病、免疫缺陷、腫瘤、代謝等疾病的機(jī)理研究、干預(yù)、診治帶來(lái)前所未有的光明前景?！斑@是世界生命科學(xué)領(lǐng)域近年來(lái)的重大突破?！彼f(shuō)。