複製(CLONE克隆)

還記得多莉嗎?就是幾年前那只震撼世界的克隆羊。它的誕生標志著一個新的生物世紀的開始。幾年過去了,隨著生物技術和轉基因技朮術的飛速發展,克隆牛、克隆鼠、克隆猴等相繼問世。今天,有些科學家開始把下一個目標投向人類,科幻小說中的科學怪人真的會成為現實嗎?人們迫切的想了解克隆的實質,這種技朮真的能把人類几千年來復制自己的夢想實現嗎?

克隆的生物基礎與基因工程

基因工程

DNA的雙螺旋結構

基因工程又稱重組DNA工程,是利用重組技朮術,在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法,對各種生物遺傳基因--DNA進行改造和重新組合,然后導入微生物或真核細胞進行無性繁殖,產生出人類需要的基因產物,或改良、創造出新的物種。

  DNA是遺傳信息的攜帶者,可指導合成蛋白質。最為常用的DNA重組技朮是將外來基因植入普通實驗用的細菌中。這些外來物質雖不同于母體中的染色體,但它們能夠像染色體中的DNA那樣指導合成蛋白質,并能通過細菌的生殖完成自身再生和代代遺傳。因此,科學家們可通過這種植入外來DNA的方法,得到大量的復制基因。另外還可對植入基因進行操作,改良其分子結構,進而改變原有的遺傳信息。
1968年限制 的發現是基因工程發展過程中具有關鍵意義的一步。1969年美國生物學家Hamilton.O.Smith又發現了II型限制 的存在,它可按位置分離DNA分子(I型限制 只能無規分離DNA分子)。在Smith的工作基礎上,美國生物學家Daniel.Nathans改進了DNA重組技朮術,并將II型限制 應用于基因工程。1973年,美國生化學家Stanley.N.Cohen和Herbert.W.Boyer首次將DNA切成段進行重組,然后將這些新的基因植入E.coli菌,進行再生。
 

克隆技術與克隆方法

複製羊的製造過程                       首先,從一隻懷孕的六歲的白臉芬多斯母羊中取出乳房細胞,然後給乳房細胞低營養食物,讓細胞每天都吃不飽,乳房細胞在低營養狀態經過一星期,細胞便會停止分裂,進入休眠狀態,也就是讓細胞停止在不分裂的狀態,未來可與卵細胞融合,融合細胞就會像早期的胚胎細胞,可以不斷地分裂變成胚胎,最後長成一隻新羊。

從黑臉的蘇格蘭羊中取出卵細胞,然後將卵細胞中央的細胞核除去。為什麼要將卵細胞中央的細胞核除去呢?我們從白臉芬多斯羊中取出的乳房細胞已有完整的染色體,如此一來乳房細胞與去核的卵細胞相融合時,才不會有多餘的染色體,這樣才可以正常分裂,正常的生長。

將乳房細胞與除去細胞核的卵細胞放在一起,經過電擊,兩個細胞便會融合成一個細胞。融合後,好比是受精卵。為什麼要經過電擊呢?電擊一方面可以促進細胞融合,另一方面它的作用是可以讓細胞內的基因活躍起來,所以才要經過電擊這個步驟。

那你或許要問,為什麼不直接拿乳房細胞培養,而要做較複雜的細胞融合呢?動物細胞如果拿出來培養,通常幾次分裂後就不再分裂,所以需要將乳房細胞與卵細胞融合。乳房細胞與卵細胞融合後,就可以像早期的胚胎細胞,再經過培養發育,就能不斷地分裂成一團胚胎細胞。將培育的胚胎細胞放入黑臉蘇格蘭母羊體內,讓牠懷孕,生下來的小羊就是Dolly了。黑臉母羊的角色是當代母(孕母)。

            

 

複製人

2002年意大利的科學家宣稱,他們要在今年底製造出一個克隆人。科學家計划利用克隆多莉羊的技朮術--體細胞核轉移技術去克隆人。首先科學家需要從捐贈人體中取出一個卵細胞,去掉其中的細胞核﹔再從被克隆人體內取出一個帶有母體DNA的細胞。利用電流使這兩個細胞結合,進而形成胚胎移植入代理母親的體內。整個過程成功完成代理母親便會在正常孕育后生下一個與被克隆母體完全相同的克隆子體,成功率大概是1-2%。多莉便是經過了277次實驗才順利誕生的幸運羊。

 

顯示體細胞核轉移克隆技朮的全過程



為什麼要複製人? 


  支持克隆人的科學家認為克隆技術會給人類帶來許多意想不到的好處:

  (1)返老還童,通過克隆技術可以改變人類的衰老過程,進而實現人們几千年來長生不老的夢想。

  (2)克隆人的技術可以用來醫治心臟病,科學家認為可以通過克隆健康心臟的細胞,并把它們植

                  入達到治療心臟病的目的。

  (3)利用克隆技朮不孕夫婦可以擁有自己的孩子。據統計目前治療不孕症的成功率低于10%,許

                多夫婦耗盡了時間和金錢,仍不能達到目的。克隆技朮的出現給這些夫婦帶來了希望。

  (4)乳房移植,全球成千上萬的女性為了追求美麗,要求移植硅酸脂乳房。但是因為此種乳房不

               具備免疫能力,引發了許多疾病。利用克隆技朮可以植入與人體自身組織相同的乳房,安全

                滿足女人愛美的心理。

  (5)缺陷基因,據統計平均每個人體內都攜帶著8個缺陷基因。這些基因引發了許多疾病,損害了

                   人類 健康。利用克隆技朮可以替代缺陷基因,減少發病几率,增強體質。

  (6)肝病,利用克隆技朮制造一個健康的肝臟取代發生病變的肝臟。

  (7)白血病,利用克隆技朮為患有白血病的老人和孩子制造新的骨髓,使之快樂的生活。

  (8)癌症,到目前為止科學家仍不知道細胞如何發生癌變,也不理解為什么癌變細胞沒有病

         變特徵。

  
存在的問題

        技術問題

 截至日前克隆羊多莉雖仍健康的活著,但研究人員不得不把它同其他的羊隔離喂養,   還要幫它“減肥”。几年來克隆動物的經驗使科學家們認識到目前克隆技朮還存在 很大的風險,克隆健康動物的困難程度遠遠超出了他們的想象,必須承認克隆技朮存在安全性的問題。現有的克隆動物普遍存在發育遲緩、心肺存在缺陷、免疫系統功能不 健全等問題。部分生物學家在接受媒體采訪時表示,克隆技朮安全性危險并不在于某個 特定程序或是克隆動物發育出現錯誤,而在于克隆技朮過程中會使個別 基因出錯或缺 失,從而造成一些無法逆轉的問題。

  在自然情況下,精子必須經過几個月才能成熟,期間基因功能會重新設定,卵細胞同樣會經歷相同的過程。造物主使得該過程完美無缺,才有我們人類今天的世代相 襲。前由于人們對自身認識的限制,沒人知道卵細胞如何重新復制成年細胞的基因,造成克隆時該過程的完全無控,個別基因出錯或變異。再加上克隆過程中卵細胞需要在几分鐘或數小時內,完成通常要花几個月或几年才能完成的任務,使得很多基因在復制時出現微妙的錯誤。所有這些導致了后代發育畸形。

         社會和倫理問題

  (1)克隆人的身份難以認定,他們與克隆者之間的關系無法納入現有的倫理關系。

      (2)人類繁殖后代的過程不再需要兩性共同參與,這將對現有的社會關系、家庭結

                構造成難以承受的巨大沖擊。

      (3)克隆技朮可能被濫用,成為恐怖分子的工具。

      (4)從生物多樣性上來說,大量基因結構完全相同的克隆人,可能誘發新型疾病的

                廣泛傳播,這對人類的生存是不利的。

       (5)克隆人可能因自己的特殊身份而產生心理缺陷,形成新的社會問題。

留給我們的思考


  克隆人從一出現就注定不單純是一個技朮性的問題,他所涉及到的社會倫理及其他方面面的問題都要更加復雜,并亟待解決。正如上文所述,克隆技朮一方面使人類更加健康的生活成為可能,消滅病痛,甚至長生不老,這是科技為人類帶來福音的 典 型表現﹔另一方面,克隆技朮引發的諸多問題,也向其它科技一樣,需要人類社 會的調整、消化、接受或者淘汰。總之,就像一把雙刃劍,克隆技朮應該被謹慎和正確的為人類自己所利用,至于如何做到這一點,這是留給整個人類社會的一個難題。

為存在的唯一性而自豪


  你是獨生子嗎?如果不是,對照一下家庭成員的照片,就會發現你們兄弟姐妹之 間,無論在外形上還是在性格上都存在諸多的不同。大家都是爸爸、媽媽的孩子都是遺傳的他們的基因,為什么長的不像呢?我們都知道基因作為生命遺傳單位決定著人們的所有特性,如頭發、皮膚、智力、 體力、健康狀況等。每個人體 內都有一系列染色體,而每個染色體又由兩根分別來自 父母雙方的DNA鏈絞合 在一起構成,看起來像個X形。所以,染色體中的一根來自母 親,另一根來自父 親。這兩根DNA鏈在X形的中間結合在一起,包含有父母雙方的全 部基因。其 中顯性表達的基因決定了孩子的特徵。一個精子和一個卵子相結合才能創造一個人類。新生兒的所有染色體一半來自精  子,一半來自卵細胞。問題是精子和卵細胞中的DNA又來自何方呢?父親體內的 每個細胞中都含有一套X形染色體,它們非常相似。母親體內的染色體分布與之 相同。父親體內  的染色體又來自他的父親和母親,而母親的染色體又繼承于她的 父親和母親。一個精子只包含了父親體內的一半染色體,但具體哪一部分卻不得 而知。這就意味著精子中包含著父親的父母們的染色體的隨機組合。同樣的情況也 發生在卵細胞形成過程中。因 此同一父母的几個孩子具有互不相同的基因組合, 從 外表上看形貌各異。但又因含有部 分相同的基因,他們看起來又有許多相似之   處。世界上絕不存在兩個完全相同的人,

      我們應以自己的存在是唯一的而自豪, 每個  人都是不可替代的。


史上第一個複製人胚胎


撰文/希貝里(Jose B. Cibelli,先進細胞科技公司的研究部副總裁,1998年創造了第一頭基因改造的複製小牛)、藍札(Robert P. Lanza,先進細胞科技的醫學與科學發展部副總裁)、威斯特(Michael D. West先進細胞科技的總裁兼執行長)、伊澤爾(Carol Ezzell ,Scientific American撰述兼編輯)。

翻譯/黃榮棋(長庚大學生理科副教授,科學人編譯委員)

這些胚胎雖然只是如此微小的點點,卻孕育著無限寬廣的希望。經過連月來的嘗試,我們終於在2001年的10月13日,於先進細胞科技公司實驗室的顯微鏡下,目睹我們一直期盼的東西——分裂的細胞小球。這些連肉眼都看不見的細胞球體,看來雖不起眼,卻非常珍貴。因為就我們所知,這還是第一批利用核體移植技術(也就是大家熟知的「複製」)製造出來的人類胚胎。運氣好的話,我們希望能誘使這些早期胚胎繼續分裂成約100個細胞、狀如中空球體的「囊胚」。我們想從囊胚裡分離出人類幹細胞,當作原始材料,以培養替代用的神經、肌肉以及其他組織,希望有朝一日可用來治療各種疾病。可惜的是,只有一個胚胎發展到六個細胞的階段,其後就不再分裂了。但在另一個類似的實驗,我們卻能讓卵子在未經受精作用下,成功以「孤雌生殖」的方式發育到囊胚期。我們相信,這些研究成果(發表在2001年11月25日的網路期刊《電子生物醫學:再生醫學期刊》)代表著一個醫學新紀元的開始,證明複製療法不再是遙不可及。

醫療複製(複製療法)的目的,是想利用患者自身細胞的遺傳物質來製造例如胰島細胞以治療糖尿病,或製造神經細胞以修復受損的脊髓。這種醫療複製和生殖複製是截然不同的。生殖複製是將複製的胚胎植入母體子宮,並令其產下複製嬰兒。我們相信生殖複製對母體與胎兒都有潛在的危險,現階段並不可行。我們也認為,在安全性與道德問題尚未解決之前,生殖複製應該要受到限制。

令人不安的是,鼓吹生殖複製的那些人,正利用醫療複製之名,宣稱他們使用複製技術,是為了製造嬰兒給那些用盡各種手段都還無法受孕的夫妻。我們反對這種說詞,並且認為,宣稱這種行為是「醫療」的說法,只會造成混淆。

我們做了什麼?

2001年初,我們開始嘗試複製人類胚胎。第一步是徵求道德諮詢委員會的意見,這個委員會是在1999年籌組成的,成員包括有倫理學者、律師、不孕症專家以及法律顧問,是以常設性質指導我們公司的研究方向。在達特茅斯學院倫理研究所所長葛林的領軍下,道德諮詢委員會仔細討論了幾個主要議題之後,認為我們可以開始進行複製研究。

緊接著我們要徵召願意捐出卵子供複製研究的婦女,同時也要收集願意被複製的人(即捐贈者)的細胞。這種基本的細胞核移植技術是利用一根非常細微的針管,將成熟卵子裡頭的遺傳物質吸出來,再把捐贈細胞的細胞核(有時會用到整個細胞)注射到去核的卵子裡頭,然後將卵子培養在特定環境下,讓它繼續分裂生長。(如上圖所示

左:用細針管從孔洞伸入卵子內,吸出極體與遺傳物質。

中:將提供遺傳物質的卵丘細胞注入卵子內部。

右:約24小時後,被活化的卵子開始分裂。)

我們在波士頓地區的刊物上刊登廣告,找到了願意以匿名方式捐出卵子供我們作研究的女性。我們只接受來自年齡24~32歲,且至少生過一個小孩的女性的卵子。有意思的是,對我們的構想表示有興趣的女性,不同於那些願意提供卵子給不孕夫妻做人工受精的人。回應我們廣告的這些女性,之所以願意提供卵子是因為它的研究用途,許多人不願意卵子用來製造她們永遠也見不到面的小孩。為確認捐卵者的健康狀態,以及確保捐卵過程不會傷害到她們,我們要求可能的捐卵者通過心理與生理檢查,包括傳染病的篩檢。最後我們找到12位不錯的捐卵人選。我們同時還從其他數位匿名者身上取得皮膚的活組織,從中分離出稱為「纖維母細胞」的細胞,以供複製之用。這些提供纖維母細胞的捐贈者,有來自不同年齡層的健康人士,也有來自如糖尿病或脊髓受損的病患——可能就是會因醫療複製而受惠的人。

2001年7月,我們做了第一次的複製實驗。我們終於在第三次實驗見到成功的曙光,因為注入卵子的纖維母細胞的細胞核似乎有分裂的跡象,但最終還是沒有分裂成兩個完整細胞。所以在下一次的實驗裡,我們決定利用若山照彥及其同事曾經使用過的方法。(這些科學家在1998年創造了第一隻複製小白鼠。當時若山照彥任職於夏威夷大學,現在則在先進細胞科技公司。)我們雖如往常一樣,把皮膚的纖維母細胞的細胞核注入卵子,但我們同時也選用了另一批卵子,改而注入稱為「卵丘細胞」的卵巢細胞。這些卵丘細胞在卵巢裡,通常會提供養分給發育中的卵子,在卵子排出後有時還會黏在卵子表面。因為卵丘細胞很小,所以可以整顆注入卵子。終於在七位志願者共捐贈了71顆卵子之後,我們複製成第一個早期胚胎。在注入卵丘細胞的八顆卵子當中,有兩顆分裂成胚胎初期的四個細胞,有一顆甚至分裂到至少有六個細胞才停止生長。