2012年1月1日 星期日

複製技術的起源與原理

複製技術的起源


複製是英文 clone的翻譯,簡單講就是一種人工誘導的無性繁殖方式。但複製與無性繁殖是不同的。無性繁殖是指不經過雌雄兩性生殖細胞的結合、只由一個生物體產生後代的生殖方式,常見的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、莖、葉等經過壓條、扡插或嫁接等方式產生新個體也叫無性繁殖。綿羊、猴子和牛等動物沒有人工作業是不能進行無性繁殖的。科學家把人工遺傳操作動、植物的繁殖過程叫複製,這門生物技術叫複製技術。

採用細胞核移植技術複製動物的設想,最初由Hans Spemann在1938年提出,他稱之為奇異的實驗,即從發育到後期的胚胎(成熟或未成熟的胚胎均可)中取出細胞核,將其移植到一個卵子中。這一設想是現在複製動物的基本途徑。
1952年起,科學家們首先採用青蛙展開細胞核移植複製實驗,先後獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年,中國童第周教授領導的科研組,首先以金魚等為材料,研究了魚類胚胎細胞核移植技術,獲得成功。
哺乳動物胚胎細胞核移植研究的最初成果是在1981年達成——卡爾·伊爾門澤和彼得·霍佩用老鼠胚胎細胞培育出發育正常的小鼠。1984年,施特恩·維拉德森用取自羊的未成熟胚胎細胞複製出一隻活羊,其他人後來利用牛、豬、山羊、兔和獼猴等各種動物對他採用的實驗方法進行了重複的實驗。1989年,維拉德森獲得連續移植細胞核二代的複製牛。1994年,尼爾·菲爾斯特用發育到至少有120個細胞的晚期胚胎複製牛。到1995年,在主要的哺乳動物中,胚胎細胞核移植都獲得成功,包括冷凍和體外生產的胚胎,對胚胎幹細胞或成體幹細胞的核移植實驗,也都做了嘗試。但到1995年為止,成體動物已分化細胞核的移植一直未能成功。
以上事實說明,在1997年2月英國羅斯林研究所維爾穆特博士的研究團隊公佈體細胞複製羊「桃莉」培育成功之前,胚胎細胞核移植技術已經有了很大的發展。實際上,桃莉羊的複製在細胞和移植技術上沿襲了胚胎細胞核移植的全部過程,但這並不能減低桃莉羊的重大意義,因為它是世界上第一個經體細胞核移植出生的動物,是複製技術領域研究的巨大突破。這一巨大進展意味著:在理論上證明了,跟植物細胞一樣,分化了的動物細胞核也具有全能性,在分化過程中細胞核中的遺傳物質沒有不可逆變化,另外在實踐上證明了,利用體細胞進行動物複製的技術是可行的,將有無數相同的細胞可用來作為供體進行細胞核移植,並且在與卵細胞相融合前可對這些供體細胞進行一系列複雜的遺傳操作,從而為大規模複製動物優良品種和生產轉基因動物提供了有效方法。
這一成果顯示了複製技術在培育轉基因動物方面的巨大應用價值,說明複製技術有可能成為保護和拯救瀕臨絕種動物的一條新途徑。


複製技術的原理


基本上,複製的想法是去製造一個擁有與原來生物體完全一樣基因組的新生物體,這是異於高等生物有性生殖的法則。而自然的法則是無法去控制新生物體的基因組。生物體內絕大部分的細胞都擁有兩套染色體,分別來自父親和母親,兩套染色體皆含有數以萬計的基因,每對基因彼此間可以非常類似,但不完全一樣,而也就是這些基因間的差異性造就我們天生不同的個體。在大自然的設計上,即使親如兄弟姊妹,除非同卵雙胞台,否則也不可能從父親及母親遺傳同一套基因組合。而兩套基因間的交互作用,如顯性及隱性,更是增加了其表現出來性狀上的複雜性。所以複製的原理就是好像跟無性生殖一樣,讓下一代擁有一套跟上一代完全一樣的基因組合。
複製的基本過程是先將含有遺傳物質的供體細胞的細胞核移植到去除了細胞核的卵細胞中,利用微電流刺激等使兩者融合為一體,然後促使這一新細胞分裂繁殖發育成胚胎,當胚胎發育到一定程度後(羅斯林研究所複製的桃莉羊採用的時間約為 6天),在被植入動物子宮中使動物懷孕使之可產下與提供細胞者基因相同的動物。這一過程中如果對供體細胞進行基因改造,那麼無性繁殖的動物後代基因就會發生相同的變化。培育成功三代複製鼠的火奴魯魯技術與複製多利羊技術的主要區別在於複製過程中的遺傳物質不經過培養液的培養,而是直接用物理方法注入卵細胞。這一過程中採用化學刺激法代替電刺激法來重新對卵細胞進行控制。19987 5日,日本石川縣畜產綜合中心與近畿大學畜產學研究室的科學家宣佈,他們利用成年動物體細胞複製的兩頭牛誕生。這兩頭複製牛的誕生表明複製成年動物的技術是可重複的。




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