克隆技術(shù)的發(fā)明歷史
克隆技術(shù)發(fā)明之前
“克隆”這一概念的出現(xiàn)可以追溯到1938 年,德國科學家漢斯· 斯派曼(HansSpellman)打算做一個“奇異的實驗”,那就是,把一個細胞的細胞核取出,放到一個沒有細胞核的卵細胞內(nèi)。這一想法點燃了全球生物學界人士的極大熱情,因為克隆技術(shù)似乎是研究細胞過程、DNA分配以及探索生命意義的最佳途
徑。
1962 年,美國研究人員約翰· 格魯?shù)牵ǎ剩铮瑁睿牵颍酰洌澹睿┳隽丝寺∏嗤艿膶嶒瀲L試。他先用顯微吸液管吸取一只青蛙胚胎里的一個細胞的細胞核,然后把這個細胞核植入另一只青蛙的卵細胞中。卵細胞活了下來并開始生長。它就是供體青蛙的一個絕妙的克隆。但是,格魯?shù)敲看蔚玫降目寺∏嗤芏紩隍蝌诫A段死亡,而且都是在能進食之前就死掉了。
雖然格魯?shù)亲罱K沒有培育出青蛙,但是他畢竟成功地克隆了一種生物(蝌蚪),所以該實驗依然是克隆技術(shù)發(fā)展的里程碑。
1984 年,丹麥科學家斯蒂恩· 威拉德森(SteenWilladsen)第一次成功地克隆了一種哺乳動物。他從一只綿羊胚胎細胞中取出一個細胞核,然后把細胞核植入了一個還沒有進入第一次分裂階段的另一只綿羊的卵細胞中。于是,世界上第一只克隆綿羊誕生了。
克隆技術(shù)是怎樣發(fā)明的?
在克隆技術(shù)發(fā)展早期,科學家們總會因為同一個問題得不到解決而不得不放棄克隆實驗。當時的科學家要想成功克隆出某個動物,就只能從一個處于發(fā)育初期的胚胎(總數(shù)少于120 個細胞的胚胎)中提取細胞核。處于較晚發(fā)育階段的胚胎細胞(或者直接從動物身上提取的細胞)已經(jīng)具備其各自的特殊性,很難實現(xiàn)克隆。農(nóng)民和政府認為,科學家應該克隆的是發(fā)育完全的健壯公牛、優(yōu)良的綿羊或者已經(jīng)滅絕的動物,而不是只有120 個細胞的胚胎。因為沒有人可以判斷它到底值不值得克隆。另一個讓科學家感到困惑的問題是,不知什么原因,1994 年的所有克隆動物都在嬰兒期死亡了。
伊恩· 威爾馬特(IanWilmut)和基思· 坎貝爾(KeithCampbell)在蘇格蘭羅斯林研究所(RoslinInstitute)研究克隆技術(shù)。1995 年末,基思· 坎貝爾意識到,每次利用成年細胞進行的克隆實驗都失敗的原因,可能是因為捐贈者的細胞發(fā)育周期和卵細胞的發(fā)育周期不一致。因為所有的細胞都會經(jīng)歷生長、休眠和分裂這3 個階段。如果卵細胞與其植入的細胞核處于細胞發(fā)育周期的不同階段,那么卵細胞就不能接受新的細胞核,也不能與細胞核一起發(fā)育。
意識到這一點,在接下來幾個月的時間里,兩個人就一直試圖捕捉細胞的合適的發(fā)展階段,但是沒有成功。后來,坎貝爾和威爾馬特又開始嘗試各種辦法,希望能夠強制供體細胞減緩周期節(jié)律。最后他們得出結(jié)論,只要提取供體細胞中某些重要的營養(yǎng)物質(zhì),就能讓供體細胞進入休眠狀態(tài)。但是這樣做會帶來一個新的問題,那就是,等到把處于休眠狀態(tài)的原子核植入卵細胞后,他們又沒有辦法讓細胞核脫離休眠狀態(tài)。
這時,威爾馬特建議用電擊的方法解決這一問題。1996 年1 月底,他們從一只成年綿羊的乳腺中提取了一些細胞,把它們放進玻璃皿中,使之進入休眠狀態(tài)。然后,在高倍顯微鏡的幫助下,他們用顯微吸液管刺入每一個細胞,從中提取了正處于休眠狀態(tài)的細胞核。之后他們又把每一個細胞核分別植入另一只綿羊的卵細胞內(nèi),接著他們又把新的細胞核和卵細胞的組合放入各自盛有營養(yǎng)液的玻璃皿中,最后他們向玻璃皿中輸入幾千分之一秒的低伏電力使細胞震動、蘇醒。
實驗結(jié)果顯示,電流使細胞和核卵細胞同時活動起來,而且電擊之后二者的發(fā)育節(jié)律保持了一致,細胞也成功進入分裂階段。等到每個胚胎在實驗室玻璃皿中充分發(fā)育之后,他們便把胚胎分別植入一只母羊體內(nèi)。1996 年7 月5 日,其中一只克隆羊誕生,取名多莉。多莉成為第一只真正利用成年供體組織培育出的克隆動物。
克隆技術(shù)發(fā)明之后
與多莉一起克隆出來的綿羊還有257 只,但是只有多莉存活了下來。直到1997 年,為了通過專利申請認證和證明多莉確實存活,才宣布了它的誕生。值得一提的是,多莉不僅存活了下來,而且還生了6 只正常的小羊。后來,多莉患上癌癥和關節(jié)炎,2003 年2 月,6 歲半的多莉被實施了安樂死。
多莉的成功克隆,意義非凡。它證明了從一個具有自身特征的成年細胞體取出的基因物質(zhì)是能夠進行重新編寫并產(chǎn)生全新的一代的。
同時,多莉也向世界展示,實現(xiàn)大規(guī)模的具有實用意義的克隆是有可能的。
1998 年,有6 個國家的若干實驗室正在進行公牛、奶牛、猴子、老鼠、豬、山羊和馬的克隆研究。1999 年,3 家公司宣布已經(jīng)有了制造克隆人的能力或計劃。
但是,從1997 年開始,美國和其他幾個國家政府已經(jīng)禁止或限制克隆技術(shù)研究和相關的干細胞研究(克隆技術(shù)是制造干細胞的一種手段)。所以說,克隆技術(shù)雖然已經(jīng)誕生,但是它是否能夠投入使用并證明是人類最偉大的發(fā)明之一,還有待觀察。