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關於克隆的信息

“克隆”是英文單詞“clone”的音譯,在生物學領域有三種不同的含義。

1.在分子水平上,克隆壹般是指DNA克隆(也叫分子克隆)。它是指通過重組DNA技術將特定的DNA片段插入到載體(如質粒和病毒)中,然後在宿主細胞中復制,獲得大量相同的DNA片段“群”。

2.在細胞層面,克隆本質上是單個祖先細胞分裂形成的細胞群。這些細胞都有相同的基因。例如,將壹個細胞在體外培養基中分裂幾代而形成的具有相同遺傳背景的細胞群就是細胞克隆。再比如,在脊椎動物中,當外來物質(如細菌或病毒)入侵時,會通過免疫反應產生特異性識別抗體。所有產生特定抗體的漿細胞都是由B細胞分裂形成的,這樣的漿細胞群也是細胞克隆。細胞克隆是壹種低級的生殖方式——無性生殖,即子代與親代具有相同的遺傳性,無需有性結合。生物進化水平越低,越有可能采用這種繁殖方式。

3.在個體層面,克隆是指兩個或兩個以上具有相同基因型的個體組成的群體。比如兩個同卵雙胞胎就是壹個克隆!因為他們來自同壹個卵細胞,所以他們的遺傳背景完全相同。按照這個定義,“多莉”不能說是克隆體!因為“多莉”只是孤獨的壹個。那些英國胚胎學家只有把兩個以上相同的細胞核移植到兩個以上相同的去核卵子中,得到兩個以上遺傳背景相同的“多莉”,才能用克隆這個詞來形容。因此,在65438年至0997年2月發表在《自然》雜誌上的那篇聳人聽聞的論文中,作者並沒有將多莉描述為克隆體。

此外,克隆也可以作為動詞使用,指的是上面提到的獲得DNA、細胞或個體群體的過程。

第二,克隆技術

1.DNA克隆

目前DNA克隆的方法多種多樣,基本流程如下圖所示(不按比例)。

由此可見,如此獲得的DNA可以應用於生物學研究的許多方面,包括特定DNA的堿基序列的分析和處理,以及生物技術工業中有價值的蛋白質的大量生產。

2.生物個體的克隆

(1)植物個體的克隆

在20世紀50年代,植物學家使用胡蘿蔔作為模型材料,研究遺傳物質是否在分化的植物細胞中丟失。令他們驚訝的是,他們發現從壹個高度分化的胡蘿蔔細胞中,

可以發育成完整的植物!因此,他們認為植物細胞是全能的。由壹個胡蘿蔔中兩個以上的體細胞發育而成的胡蘿蔔群體具有相同的遺傳背景,所以是無性系。這種植物的克隆過程是壹個完整的無性繁殖過程!

(2)動物個體的克隆

(1)“多莉”的誕生

1997年2月27日,英國愛丁堡羅斯林研究所(Roslin Institute)的伊恩·威爾莫特(Ian Wilmott)向全世界宣布,世界上第壹只克隆羊多莉誕生了,立即在全世界引起了轟動。

多莉與三只母羊有親緣關系。壹只是懷孕三個月的芬蘭多塞特母羊,壹只是蘇格蘭黑臉母羊。芬蘭的多塞特母羊提供了壹套完整的遺傳信息,即提供了細胞核(稱為供體);蘇格蘭黑臉母羊提供沒有細胞核的卵細胞;另壹只蘇格蘭黑臉母羊提供了綿羊胚胎的發育環境——子宮,是多利羊的“親生”母親。整個克隆過程簡述如下:

從芬蘭多塞特母羊乳腺中取出乳腺細胞,放入低濃度營養培養基中,細胞逐漸停止分裂,稱為供體細胞。給蘇格蘭黑臉母羊註射促性腺激素,誘導其排卵,取出未受精的卵細胞,立即去核,留下壹個無籽卵細胞,稱為受體細胞;使用電脈沖的方法,供體細胞和受體細胞融合,最終形成融合細胞。因為電脈沖也能產生壹系列類似於自然受精過程的反應,融合細胞也能像受精卵壹樣分裂分化,從而形成胚胎細胞。將胚胎細胞移植到另壹只蘇格蘭黑臉母羊的子宮中,胚胎細胞進壹步分化發育,最終形成了壹只小綿羊。出生的多莉羊與多塞特母羊的外貌完全壹樣。

壹年後,另壹組科學家報道,將小鼠卵丘細胞(卵母細胞外圍高度分化的細胞)的細胞核移植到無細胞核的卵母細胞中,獲得了20多只發育完全的小鼠。如果多莉不足以被稱為克隆羊,因為只有壹只,這些老鼠

是名副其實的克隆鼠。

②核移植克隆小鼠的基本過程。

本實驗通過以下過程獲得卵丘細胞:通過連續多次註射絨毛膜促性腺激素,誘導雌性大鼠進入高產蛋狀態。然後從雌性大鼠的輸卵管收集卵丘細胞和卵母細胞的復合物。透明質酸處理使卵丘細胞分散。選擇直徑為10-12微米的卵丘細胞作為核供體(以前的實驗表明,如果使用直徑更小或更大的卵丘細胞核,核移植後的卵母細胞很少發育到8細胞期)。將挑選出的卵丘細胞保存在壹定的溶液環境中,3小時內進行核移植(與此不同的是,在獲得多莉時,用作核供體的乳腺細胞先在培養液中繁殖3-6次)。

通過與上述類似的方法從不同的雌性小鼠收集卵母細胞(通常在減數分裂中期II)。在顯微鏡下用直徑約7微米的細管小心取出卵母細胞的細胞核,盡量不要取出細胞質。還要小心去除卵丘細胞的細胞核,盡量去除細胞質(通過在玻璃管中往復幾次去除的細胞核,去除少量細胞質)。取核後5分鐘內,直接註射到去核後的卵母細胞中。將核移植的卵母細胞置於特殊溶液中1-6小時,然後加入二價鍶離子(Sr2+)和細胞松弛素B。前者激活卵母細胞,後者抑制極體的形成和染色體的消除。然後取出處理過的卵母細胞,放入不含鍶和細胞松弛素B的特殊溶液中,使細胞分裂成胚胎。

將不同階段(從2-細胞期到胚泡期)的胚胎植入幾天前與結紮的雄性小鼠交配的假孕雌性小鼠的輸卵管或子宮中進行發育。大約19天後,通過手術取出發育完全的胎鼠。

目前,通過胚胎細胞核移植克隆的動物包括小鼠、兔、山羊、綿羊、豬、牛和猴子。在中國,除了猴子之外都有克隆動物,山羊也可以通過連續核移植進行克隆。這項技術比胚胎分割技術更進壹步,將會克隆出更多的動物。因為胚胎分裂的次數越多,每個部分的細胞就越少,發育出來的個體能力就越差。體細胞核移植克隆的動物只有壹種,就是多莉羊。

第三,克隆技術的福音

1.克隆技術與遺傳育種

在農業方面,人們利用“克隆”技術培育了壹大批抗旱、抗倒伏、抗病蟲害的優質高產品種,使糧食產量大幅提高。在這方面,中國已經進入世界最先進的前列。

2.克隆技術與瀕危物種保護

克隆技術對於保護物種,尤其是珍稀瀕危物種是壹個福音,具有巨大的應用前景。從生物學的角度來看,這也是克隆技術最有價值的地方之壹。

3.克隆技術和醫學

目前,醫生幾乎可以對所有人體器官和組織進行移植。但就科學技術而言,器官移植中的排斥反應仍然是最令人頭疼的。排斥的原因是組織不匹配導致相容性差。如果把“克隆人”的器官提供給“原人類”進行器官移植,完全不用擔心排斥,因為兩者的基因和組織是匹配的。問題是,用“克隆人”做器官捐獻者是否人道?合法嗎?經濟合算嗎?

克隆技術也可以用來大量繁殖有價值的基因。比如在醫學上,人們就是通過“克隆”技術生產出治療糖尿病的胰島素、讓侏儒癥患者重新長高的生長激素、能抵抗各種病毒感染的纖溶酶等等。

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