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中科院又克隆出猴子了,它们和“中中”“华华”有何不同?

|· 本文来自“我是科学家”·|

前几天,中科院神经科学研究所宣布克隆出了五只带有节律缺陷的基因编辑猴,该项成果1月24日在线发表在《国家科学评论》[1]上。许多人可能会问,同样是克隆猴,这回的新突破,与去年的克隆猴“中中”和“华华”相比,不同的地方又在哪里呢?

1月24日出版的《国家科学评论》,中科院神经科学研究所宣布克隆出了五只带有节律缺陷的基因编辑猴

技术发展有其规律

技术的发展需要层层推进。就像是法拉第发明了发电机,但其实他的发电机就像一个“初生的婴儿”,只是在理论上证明了“电是可以被发出来的”,但这个发电机距离实际应用还有不少距离。

 “中中”和“华华”也是类似,它们的降生证明了“猴子是可以被克隆的”,但这也并不意味着克隆猴马上就能投入实际应用了。

首先来回顾一下克隆猴的制作流程:1.去除掉一枚卵细胞的细胞核;2. 取一个体细胞的细胞核放入这个去核卵细胞中;3. 待两者充分融合后,向这个重组的卵内注入Kdm4d的mRNA来帮助克隆胚胎发育;4. 将这个卵移植进代孕母猴子宫内,等待克隆猴出生。图片来源:参考资料[1]

举个例子来说,克隆猴的一大潜力是批量制造大量基因编辑猴,但是要注意的是,克隆“中中”和“华华”所用的核供体细胞来自流产的胎猴。而我们知道,大部分细胞的分裂次数是有限制的,胎猴的细胞分裂次数较少,比较“年轻”,自然也比较皮实,扛得住克隆操作中的种种损伤,克隆的成功率一般来说也会比较高。

中中和华华。图片来源:参考文献[2]

但实际在制作基因编辑猴的过程中,所用的细胞未必都来自这么年幼的猴子,更何况那些细胞通常还需要在体外培养一段时间。这时候的细胞已经有些“衰老”,未必经得起折腾了。更遑论基因编辑本身也会对细胞造成一些伤害,所以当初“中中”和“华华”的克隆成功率尚不足1%。而鉴于克隆猴的高昂成本,人们自然一直会担心克隆基因编辑猴的时候,效率要是再打上一个折扣,那么成本上就难以接受了,这就可能导致这项技术停留在纸面上。

PS. 这里顺便再破除一个关于克隆技术流传很久的迷思,那就是说细胞的分裂次数有限,所以克隆动物的寿命会变短。这个说法是完全没有根据的,端粒等限制细胞分裂次数的因素,会在胚胎发育的早期阶段完全重置,无论核供体细胞之前已经分裂过多少次,只要胚胎能正常发育,都不会影响克隆动物的寿命。像多莉羊等出现的早衰问题,主要是因为当时技术不成熟,克隆操作损伤到了胚胎导致的。

多莉羊。图片来自:dolly.roslin.ed.ac.uk

从理论向应用跨出的一步

而这一次的工作,最大的意义就是让克隆猴从理论层面向应用层面跨出了一步。

这次克隆猴所用的核供体细胞来自一只成年的猴子。说起来,这只成年猴子的来头也不小,它是中科院神经所的科学家,在几年前通过直接向猴受精卵中注射CRISPR/Cas9的方法而得到的基因敲除猴。这只猴生来就缺少一种叫做BMAL1的基因——这个基因是控制动物节律的核心基因,因此它从小就患有睡眠障碍之类的症状[3]

左图为在本次实验中提供了核供体细胞之的“嵌合体”基因敲除猴。右图为从它体内提取、培养的核供体细胞。图片来自参考资料[1]

不过,向猴受精卵中注射CRISPR/Cas9并不是一个“完美”的技术。虽然CRISPR/Cas9可以很精确地摧毁某个基因,但是用这种方法获得的基因敲除猴会有“嵌合体”的问题。

什么是嵌合体?简单来说,由于CRISPR/Cas9发挥作用需要一定的时间,真正敲除基因的时候胚胎很可能已经发育到二细胞乃至八细胞期,因此这些猴子身上往往只有一部分细胞被敲掉了基因,而另一些细胞则没有被敲掉。这不太“纯”的基因会让它们的症状变得模棱两可,研究结果的可信度也会大打折扣。

虽然它们身上不同的细胞可能有不同的基因型,但是具体到某一个细胞的基因型却是明确无误的,因此这一次科学家就从它的身上提取了一些细胞,然后以这些细胞为核供体来克隆,于是得到了五只“纯”的BMAL1基因敲除猴。这五只小猴不但身上每一个细胞的BMAL1都确定被敲除,而且它们的基因背景也几乎完全一样,对于需要严格控制变量的科学研究而言,价值不言而喻。

而且,这次提供体细胞的猴子已经出生很久,它的细胞比之前“中中”和“华华”所用的胎猴细胞要“衰老”得多。但是事实证明,这次克隆猴的效率比之前甚至还略有提高,也算是用数据说明了克隆猴用于科研的可行性,从这个角度来说,这次也的确是非常重要的一次突破。

前方的道路

那这是不是意味着,从此以后通过克隆技术就能让我们随心所欲地制造基因编辑猴了呢?其实不尽然。

这种先用CRISPR/Cas9制作不太“纯”的基因编辑猴,然后等这个基因编辑猴出生后提取细胞,再用克隆技术制作完美基因编辑猴的方法耗时太长了,单单是等两代猴子怀孕的时间加起来就得一年。

此外其步骤太复杂,而且每一步都要消耗巨量的时间精力成本,其中哪一步出点问题都会带来难以承受的损失,用专业点的话说就是“容错率太低”。

此外这种方法还受制于CRISPR/Cas9的技术局限。目前,我们的CRISPR/Cas9还只能做一些比较简单的基因编辑,对于复杂一些的基因编辑很难一蹴而就。

可以说,就当前阶段而言,克隆基因编辑猴还是成本过高且处处掣肘,距离我们理想中的克隆猴技术还有所差距。而这些就需要科学家们再接再厉了。

本次研究得到的5只BMAL1敲除猴。图片来自参考资料[1]

总之,向前迈出的每一步都是进步,相信科学家们还会继续积跬步,总有一天将至千里。(编辑:Yuki)

参考资料:

  1. LIU, Zhen, et al. Cloning of a Gene-edited Macaque Monkey by Somatic Cell Nuclear Transfer. NSR, 2019.
  2. Liu, Z. et al. (2018). Cloning of macaque monkeys by somatic cell nuclear transfer. Cell
  3. QIU, Peiyuan, et al. BMAL1 knockout macaque monkeys display reduced sleep and psychiatric disorders. NSR, 2019.

作者名片

The End

发布于2019-01-28, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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鬼谷藏龙

神经科学博士生

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