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这些高科技造就的神奇动物,能为人类健康带来什么? 精选

已有 2819 次阅读 2018-4-2 11:25 |个人分类:神秘动物园|系统分类:科普集锦| 基因工程, 动物, 健康, 新书

 

继“大师兄”被克隆以来,能精准模拟人类疾病的“二师兄”也成功地被克隆出来。

我国科学家领衔的国际研究团队经过4年努力,首次利用基因编辑技术CRISPR/Cas9和体细胞核移植技术(SCNT),成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪,精准地模拟出人类神经退行性疾病。

这项研究为开发治疗亨廷顿舞蹈症,提供了稳定、可靠的动物模型,也为培育其它神经退行性疾病大动物模型提供了技术和理论依据,将推动我国发展出大动物疾病模型的医药研发产业链,相关研究于北京时间3月30日在线发表在国际顶尖学术期刊《细胞》杂志上。

人类是幸运的,因为我们能从百万种动物中脱颖而出,成为唯一能认识生命、理解生命、改造生命的动物。更幸运的是,人类的历史一直有各种动物朋友的陪伴、帮助甚至是牺牲。但是,与其他动物一样,人类也必须面对疾病所带来的痛苦。

借助克隆技术、干细胞技术、基因工程技术、基因编辑技术等现代生物技术,世界各地的科学家创造了一群拥有各种特殊本领的神奇动物,包括最近中国科学家培育的体细胞克隆猴和模仿人类遗传病的基因编辑克隆猪,试图帮助人类减轻甚至解除疾病所带来的痛苦。这是一群怎样的神奇动物,又会为人类带来怎样的健康未来呢?

克隆猴为何而来

2018年1月25日,就像孙悟空拔毫毛变换出无数小猴子一样,中国科学院神经科学研究所孙强博士团队利用猴子的皮肤细胞,培育出世界首批体细胞克隆猴,研究成果以封面故事形式发表在国际顶级学术期刊《细胞》上,一时间成为国内外媒体和社交网络热议的焦点。

两只体细胞克隆猴登上《细胞》杂志封面(图片来源:《细胞》杂志)

这也是自1997年世界首例体细胞克隆绵羊多利诞生以来,最受关注的体细胞克隆动物。因为克隆羊多利诞生伊始,媒体和公众最关心的是会不会出现克隆人,而克隆猴的诞生,被媒体解读为离克隆人更近了。不过多利羊诞生20多年过去了,人们一直担心的克隆人并没有出现。有科学家预测,未来也不大可能出现克隆人。

这是因为克隆人并非体细胞克隆技术发明人约翰·格登爵士的初衷和目标。20世纪50年代末,当时还在英国牛津大学读博士的“养蛙青年”格登,为了挑战体细胞不具有全能性的传统观点,将青蛙的小肠上皮细胞核移植到去核的卵母细胞中,奇迹般地培育出世界上第一批活的体细胞克隆动物,证明已高度分化的体细胞也能像胚胎干细胞一样具有重新分化成其他细胞的全能性。

2006年,日本科学家山中伸弥教授通过小鼠实验证明,通过加入一些基因和药物,诱导动物表皮细胞形成胚胎干细胞一样的多能性,即可分化成心肌、神经等各种体细胞。这一技术即诱导多能干细胞技术(iPS细胞),目前这一技术已开展治疗视网膜黄斑变性、运动神经损伤等疾病的临床试验,疗效值得期待。因为颠覆人类对生命的认知,证明所有细胞都具有全能性,约翰·格登和山中伸弥一起分享了2012年的诺贝尔生理学或医学奖。

不过,克隆技术的应用并不局限于此。克隆羊多利诞生之后,人们很快意识到克隆技术在繁育优良种畜、挽救濒危动物物种、培育基因工程动物等方面的巨大应用前景。哈佛大学著名的遗传学家乔治·丘奇教授等科学家正在试图利用体细胞克隆技术复活已灭绝4000年以上的猛犸象,更多的科学家则利用这项技术培育出各种各样的基因工程动物,有些动物能模仿人类的遗传病、癌症等疾病,有些动物能源源不断地生产出救命药物,有些动物则有望为人类提供延续生命的组织器官,将为人类健康发挥更大的作用。

猴哥&二师兄,谁更能模仿人

在体细胞克隆猴的成果新闻发布会上,中国科学院神经科学研究所所长蒲慕明院士对媒体说,克隆猴的成功,将为阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病的机理研究、干预、诊治带来前所未有的光明前景。

其实早在2015年,中国科学院神经科学研究所仇子龙博士团队和孙强博士团队合作,培育出世界首例“自闭症”转基因猴,这些转基因猴和它们的后代均表现出不同程度的自闭症症状,比如行动呆板迟缓、认知能力下降等,相关研究成果发表在国际顶级期刊《自然》上。

为什么要选择猴子来研究人类疾病呢?这是因为猴子作为灵长类动物,与人亲缘关系较近,相比于其他动物,猴子的神经系统也与人的更为相似,因此猴子是研究人类神经系统疾病最理想的模型。除了中国科学院神经科学研究所,中国科学院云南动物研究所、云南理工大学等单位也相继培育出多种能模仿人类遗传病的转基因猴以及世界首例基因编辑猴,我国也逐步成为国际灵长类动物模型研究的中心。

最近十几年,科学家将目光转向最常见的家养动物——猪,由于猪饲养方便、成本低、而且猪的器官结构等与人的相近,因此科学家认为猪也是理想的人类疾病模型动物。德国慕尼黑科技大学、美国爱荷华大学等研究人员相继培育出多种能模仿人类肿瘤的基因工程猪,与啮齿类动物相比,基因工程猪的肿瘤表现与人类相近。随着研究的深入,基因工程猪肿瘤模型有望为人类癌症的诊断和治疗,甚至最终战胜癌症开辟一条新的道路。

2018年3月30日,据《知识分子》报道,由暨南大学—粤港澳中枢神经再生研究院李晓江教授、中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学研究员以及美国埃默里(Emory)大学李世华教授领衔的国际研究团队,首次利用基因编辑技术CRISPR/Cas9和体细胞核移植技术,成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪及其后代,精准地模拟出人类神经退行性疾病,该研究也发表在《细胞》杂志上,这是中国科学家在创制神奇动物方面的又一重大成果。

基因编辑克隆猪模拟人类亨廷顿舞蹈症(图片来源:《细胞》杂志

动物能否变身药物工厂

在中西方文明中,从动物身上提取药物具有悠久的历史。

中国古代就有月宫中的玉兔捣制长生不老药的传说,不过现实中真有基因工程兔子能生产对遗传性血管性水肿有特效的重组蛋白药物。遗传性血管性水肿是因为基因突变,导致人体内缺乏C1酯酶抑制剂,患者的重要器官出现水肿,严重时危及生命。为了挽救这些患者的生命,荷兰科学家培育出能在其乳汁中分泌重组人C1酯酶抑制剂的基因工程兔,并获得美国和欧盟等药品监管部门的批准。

捣制救命药的荷兰玉兔(杨燕青绘)

与此类似,美国科学家培育的基因工程山羊则是开启基因工程动物制药新时代的领头羊,它们生产的重组抗凝血酶III成为世界上第一个获准上市的基因工程动物药物,适应症是抗凝血酶III缺乏症。抗凝血酶III是体内最重要的抗凝血因子,如果体内缺乏这个酶,在受伤或手术大出血、孕妇分娩等情况下尤其危险。

上述两个基因工程动物药物都是通过动物乳腺生产的,另一个美国公司则另辟蹊径,利用基因工程鸡所产的鸡蛋生产出重组溶酶体酸性脂肪酶,用来挽救一些体内缺乏此酶的患儿的生命。如果得不到该药的救治,这些患儿的组织器官会堆积大量脂肪,导致肝脏等器官严重病变,通常活不过三个月。

更神奇的是,加拿大和美国科学家分别培育出能解毒神经毒气的基因工程山羊和对付烈性病原体的转染色体奶牛。尤其是后者,科学家利用基因编辑技术将奶牛全部免疫球蛋白基因敲除,转入含有人类的全套免疫球蛋白基因的微染色体,然后利用体细胞克隆技术培育出转染色体奶牛。只要将病原体注射到奶牛体内进行免疫,这些转染色体奶牛就能源源不断生产出人源多克隆抗体,不仅能帮助人类对抗像严重急性呼吸综合征(SARS)、中东呼吸综合征、埃博拉等烈性传染病,还能有效减少恐怖生化袭击带来的危害。

二师兄,能借一下你的心吗

当人的器官遭受致命损伤或病变,器官移植是唯一的希望,但是志愿捐献的器官极为短缺。一百多年来,科学家和医生一直在尝试利用猪、羊、兔等动物的器官来替换人类坏死的器官,但是由于严重的免疫排斥反应,这些研究均已失败告终。

自20世界80年代发展起来的基因工程技术则为异种器官移植带来了希望。科学家通过基因编辑技术将一些猪细胞特有的基因去除,并转入一些人体基因,将猪的器官“伪装”成人类器官,以逃避人体免疫系统的检查和追杀。目前基因工程猪的器官移植到狒狒体内最长成活记录已达900天,很多公司也计划建设这种异种器官工厂,期望能为患者订制安全有效的器官。最近,中国、日本、新西兰等国的科学家已率先开展了猪胰岛治疗糖尿病的临床试验,疗效显著,也为基因工程猪生产的人源化器官开展人体试验及临床应用开辟了道路。

基因工程猪的心脏移植到狒狒身上可存活900天(杨燕青绘)

哈佛大学乔治·丘奇教授除了复活猛犸象之外,还正在开展猪的异种器官移植研究,已将猪的内源性逆转录病毒基因全部删除,解除了异种器官移植最大的安全风险,并利用体细胞克隆技术培育出基因工程猪,《自然》杂志称这一成果将引领异种器官移植研究。

除了上述研究思路,美国索尔克生物研究所卡洛斯教授则找到另一条新思路,即将人诱导多能干细胞注射到猪早期胚胎中,形成人猪嵌合胚胎,希望能让人诱导多能干细胞在这些猪体内生长发育出人源器官,从而直接消除异种器官移植的免疫排斥反应。前期的小鼠和大鼠嵌合胚胎试验已证明该方案可行。

总之,全世界的科学家们不断奇思妙想,赋予了一群原本普普通通的动物以特殊的能力,这些神奇动物各显神通,为人类探索健康的奥秘不断奉献和牺牲,将为人类带来更加健康的未来。人类应该感谢这些神奇的动物,为它们立传,为它们树碑。或许在不远的将来,人类会建立一个主题公园或博物馆来纪念这群为人类健康而牺牲的神奇动物,就像《动物世界奇遇记》里主人公设想的一样。

拓展阅读

动物世界奇遇记

汤波著,杨燕青绘

北京:科学出版社, 2018.4

ISBN 978-7-03-056691-1 

责任编辑:张莉 刘巧巧

内容简介

在这个神奇的动物世界里,有来自三个妈妈的克隆青蛙,有生产婴儿救命药的鸡,有不长牛角的奶牛,有长着人类器官的猪,还有为人类遗传症取经的猴子。或许将来某一天,人类会感谢这些神奇动物,因为这些神奇动物都是为人类健康而来。这些神奇动物的诞生得益于生物技术的蓬勃发展和科学家的奇思妙想,其背后则是一个个敢为天下先的创新故事。科学家的创新精神将带给我们不一样的动物世界,更会带给人类不一样的未来。

作者简介

汤波,生物化学与分子生物学博士,《南方周末》特约撰稿人。主要从事动物生物技术研究,在国际学术期刊发表论文近20篇,参编著作7部,获得发明专利20多项,荣获国家科学技术进步奖二等奖等科技奖项4项。热心科普创作,已在《南方周末》、《北京日报》、“知识分子”、《科学画报》等媒体发表科普文章和科技报道50多篇。

专家点评

本书堪为佳作,既有故事,又讲科学,长幼皆适,不可错过!

杨焕明

中国科学院院士

深圳华大基因研究院理事长

通过阅读这本书,大家会惊奇地发现,一群神奇的动物在现代生物技术帮助下,不仅能模仿人类神经疾病、癌症等疑难病症的症状,也能为人类找到根治这些病症的特效新药和治疗方法。

蒲慕明

中国科学院院士

美国科学院院士

神经生物学家

《动物世界奇遇记》以新颖的形式和生动的语言,讲述了25个各具特色的神奇动物,及其背后科学家敢于创新的精彩故事,让人身临其境,又深受启发,值得一读。

饶毅

《知识分子》主编

北京大学教授

作者用生动有趣的语言介绍了许多前沿性的生物技术,将刷新你对动物世界的认识,是一本难得的科普佳作。

史钧

科普作家

《疯狂人类进化史》作者




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3 强涛 黄永义 杨金波

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