互动科普

既然用遗传技术改良和复制哺乳动物已成现实，生物医学研究人员正开始研究一些富于想象力的方法来运用这一技术。

1995年夏天两只羊羔在苏格兰中藉锡安爱丁堡附近的Roslin研究所诞生，这使许多科学家相信生物学和医学的革命性机遇时代即将到来。Megan和Morag都不是来源于精子和卵子的结合，它俩由一只替代母羊怀孕韭生育。它们的遗传材料来自培养细胞，而这些细胞原始来源是一个9天的胚胎。这使得Megan和Morag成了那个胚胎的遗传复制品或克隆体。

在这两只羊羔出生之前，研究人员就已经知道怎样通过遗传途径复制艰难地从早期胚胎中分离出的细胞．从而生产出羊，牛和其它动物。我们的工作可望使克隆技术向着实用化的方向迈进一大步，因为培养细胞相对容易操作。Megan和Morag证明，甚至已经部分特化或分化的这类细胞，它们在遗传上也能进行再编程从而象胚胎中的细胞那样发挥功能作用。而大多数生物学家曾认为这是不可能的。

我们进一步利用取自26天胚胎和成熟母羊的培养细胞进行克隆成熟母羊的细胞产生了多莉(Dolly)，这是第一个从成年个体克隆而成的哺乳动物。1997年2月我们宣布多莉诞生，这引起了新闻界的广泛兴趣．或许是因为多莉引起了人们对克隆人类理论可能性的关注吧！这种结局是我从不希望出现的。但是，利用源自易于获取组织的培养细胞生产克隆体的实现会给畜牧业和医学科学带来大量实际利益，同时也能解答许多重要的生物学问题。

怎样克隆

克隆的基础是核移植，多年来科学家利用这种技术从胚胎细胞复制动物，核移植需要用两个细胞。受者细胞通常是取自刚刚排卵动物的未受精卵，一旦这些卵受到适当的刺激，它们就准备开始发育。供体细胞就是要被复制的细胞。研究人员在高倍率显微镜的帮助下，用一支细移液管一端吸住受者卵细胞，从而使之位置固定，并用一支非常细的微量移液管抽取染色体，染色体是含有细胞DNA的腊肠形物。(在此阶段，染色体并没有包在特定的细胞核里。)然后，通常情况下，供体细胞连周它的核与受体卵细胞融合在一起。如果将融合后的细胞移植入替代母体的子宫里，一些融合后的细胞就开始象正常胚胎那样发育并产生后代。

我们在利用培养细胞进行实验时，采用了特殊方法使供体细胞和受体细胞产生亲和性。特别地，我们试图使DNA的复制周期和信使RNA的产生周期吻合起来，信使RNA是从DNA复制而来并引导蛋白质生成的分子。在移植阶段，我们选择使用某DNA未复制的供体细胞。为实现这一目的，我们降低培养基中的养分浓度，从而迫使细胞处于休眠状态，我们就是采用这种细胞进行试验的。此外，在移植后，我们对卵细胞施以电流脉冲，从而刺激细胞融合并模拟正常情况下由精子完成的刺激作用。

Megan和Morag的诞生意味着我们可以利用来自胚胎的培养细胞产生宫外后代，我们已对此提出专利申请，并开始试验看能否从更完全的分化培养细胞产生出后代我们与同在爱丁堡附近的PPL医疗机构进行了合作，检验了胎儿成纤维细胞(通常在结缔组织中发现)和妊娠3个半月母羊的乳腺细胞。我们之所以选择成年妊娠母羊，是因为乳腺细胞在妊娠的这一阶段生长旺盛，预示着它们在培养时会表现良好。此外，它们具有稳定的染色体，袭明其保留了所有的遗传信息。

从乳腺培养组织克隆多莉成功以及从培养成纤维细胞克隆其它羊羔成功表明Roslill技术方案是完整的和可以重复的。正如预期的那样，我们实验中的所有克隆后代看起来都象提供起源细胞核的羊的后代，而不象替代母体或卵提供者。遗传检验确凿地证明多莉的确是成年羊的克隆体，它最有可能来自完全分化的乳腺细胞，尽管由于培养组织中还包含一些在乳腺中少量存在的未完全分化的细胞，这一点不能绝对肯定。自那以后，别的实验室利用基本相同的技术，从培养细胞(包括未妊娠动物的细胞)制造出了牛和鼠的克隆体。

尽管利用核移植的克隆具有可重复的特点，但是它仍有局限性，某些克隆牛和克隆羊大得非同寻常，不过这种后果也可在妊娠前的胚胎培养中见到。或许更为重要的原因是，核移植还不够有效，现在剑桥大学的John B. Gurdon，大约30年前在用青蛙做的核移植实验发现，当从发育阶段更早的动物身上提取供体细胞时胎存活下来变成蝌蚪的数量就要少些，我们用哺乳做的实验的最早的结果表现出了相似的情况，到目前为止，所有报道过的克隆研究都显示了一致的胚胎和月发育期死亡情况，各实验室报道只有1～2的胚胎下来产生了活的后代，糟糕的是，甚至某些活到出的克隆体出生后很快就死掉了。

具有变异的克隆

导致失败的原因尚不知道，不过这可能反映了遗传重组的复杂性，如果要生出健康后代的话。一个基因不适当地表达或不能表达敏感位点上的关键蛋白质，其结果都是致命的。在一个可能涉及随机性的过程中，重组可能牵涉数千个基因的调节。技术的进步，例如不同供体细胞的利用，可能降低失败的可能性。

从培养细胞产生后代的技术为生产遗传改良或转基因动物开启了相对容易之门。这些动物对研究而言是重要的，同时也能生产具有医学价值的人类蛋白质。生产转基因动物的标准技术是极其漫长且效率低下的。它必须将遗传结构进行显微注射——将包容希望基因的DNA序列注人大量的受精卵里。其中几个获得了引入的DNA，由此形成的后代就会表达这种DNA。这些动物就培育出来传递这些结构。(参见本刊1997年5期William H. Velander，Henryk Lubon和William N. Drohan“作为药物工厂的转基因家畜”一文。)

与此对照，简单的化学处理能使培养细胞容纳DNA结构。如果将这样的细胞用作核移植的供体：那么由此产生的克隆后代就将携带这种DNA结构Roslin研究所和PPL医疗机构已应用这种方法生产出了转基因动物，其效率比显微注射法转基因动物可能具有的效率更高。

我们已给羊融人了人类因子IX的基因，人类因子IX就是治疗血友病B的血液凝固蛋白质。在这一实验中，我们将抗生素抗性基因连同因子IX的基因一起移植给供体细胞，这样向培养物加入一点有毒的抗生素新霉素，就能杀灭没有获得加人DNA的细胞。然而，尽管有这种遗传干扰作用，但是核移植后胚胎发育到分娩期的比例仍与我们先前的结果是一致的。

用此法生产的第一只转基因羊Polly出生于1997年夏天。Polly和其它转基因克隆动物的奶中含有它们分泌出的人类蛋白质。这些结果表明，一旦从不同种的动物中获取卵细胞的技术被完善，克隆就能使向任何哺乳动物引人准确的遗传变化从而创造出携带变异的多个个体成为可能。

将乳腺细胞作为供体材料培养可能具有特别的优势直到晟近，评价一种DNA结构是否引起某种蛋白质在奶中分泌之唯一实用的方式是将其移植到母鼠中，然后检验母鼠的奶。然而，直接检验培养中的乳腺细胞应当是可能的这样就会加快寻找良好结构和细胞的过程，这些结构和细胞已进行了融合，目的是为了提供丰富的蛋白质分泌。

克隆还提供了其它方面的可能性。其一是产生适合向人体移植的具有遗传改变的动物器官。现在，数千患者在得到替代心脏、肝脏、或肾脏之前就死去了。一般的猪器官移植给人类很快就会因超急免疫反应而遭破坏。这种反应由猪细胞上的蛋白质引起，猪细胞受称为阿尔法一半乳糖转移酶的酶之调节这样，就有理由认为，如果猪已进行了遗传改变，从而缺乏上述那种酶，再加上医生给受体用药以克服其它不严重的免疫反应：那么，这种猪器官就能很好地耐受。

另一个有前景的领域是快速大规模生产携带模仿人体疾病的遗传缺损(例如囊性纤维变性)的动物。虽然鼠能提供某些线索，但鼠和人的囊性纤维变性的基因差异极大。羊有望成为这种研究最有价值的动物，因为它们的肺与人肺相似。此外，羊能活多年，这样，科学家就能评价它们对治疗的长期反应。

创造具有遗传缺损的动物引起了具有挑战性的伦理问题。但是似乎已明朗的是，社会的确基本上支持对动物的研究，只要研究的疾病是严重的并且这些研究能够避免不必要的痛苦使动物具有精确设计遗传结构的技术可能也会更直接地用于重要疾病(例如帕金森氏病、糖尿病和肌肉萎缩)的细胞疗法。现在对这些症状都没有完全有效的疗法对每一种疾病而言，某些病理过程损害了特定的细胞群体，而它们又不能自身修复或替代现正在探索几种可以提供新细胞的新疗法——新细胞来自患者并经过培养、由他人提供、或取自动物。

作为有用的一面，转移细胞必须不会传染新疾病，并且必须严格满足患者的生理需求。它们产生的任何免疫反应都必须是能克服的。具有能将人类免疫反应限制在最小程度的精确遗传改变的克隆动物可能提供丰富的适用细胞。动物甚至能够生产具有特殊性质的细胞，尽管任何变异都将冒更强免疫反应的风险。

克隆也是生产没有prion蛋白基因牛群的一条途径。这种基因使牛易于感染prion，prion是导致牛海绵状脑炎(BSE)或疯牛病的物质。因为许多药物含有来自牛体的明胶或其它产品，所以卫生官员担忧来自感染的牛的prion会感染患者。克隆能提供没有prion蛋白基因的牛群，从而这类牛就成为可靠的无prion药物的成分来源。

此外，这种技术还能切断遗传病的传递。现在许多科学家正在研究能补充或替代缺损基因的疗法：但是甚至成功治愈的患者依然会向其后代传递缺损基因。如果一对夫妻愿意产生一个胚胎，而这个胚胎用先进的基因疗法进行治疗，来自改变后的胚胎细胞的细胞核就可以转移给卵，从而创造出完全不会患某一疾病的孩子。

现在一些最雄心勃勃的医疗项目正考虑生产通用的人类供体细胞。科学家知道怎样从极早期鼠胚中分离出未分化的干细胞，干细胞形成成年鼠的各种不同组织。相应的细胞也可从某些其它动物中得到，人类可能也不例外。科学家正在了解如何从培养物中分化干细胞，这样就有可能制造细胞修复或替换被疾病损害的组织。

制造人类干细胞

与不同患者相匹配的干细胞可以由此生产出来：通过核移植形成一个仅用于上述目的的胚胎，用患者的一个细胞作为供体，以人卵作为受体。胚胎只能发育到刚好可以从其分离和培养干细胞这个阶段。在此时，胚胎只有几百个细胞，且它们还未开始分化特别是，神经系统还没有开始发育，因此胚胎决不会感到疼痛或感受环境。胚胎衍生细胞可以用于治疗因细胞损伤引起的的各种严重疾病，也许包括艾滋病和帕金森氏病肌肉萎缩和糖尿病。

涉及培养人类胚胎以取其细胞的方案深深地触动了某些人的情感，因为胚胎有变成人的潜在可能。那些认为生命从孕育起就神圣不可侵犯的人们的观点应当尊重，不过我要提出一个相反的看法。胚胎是一大群细胞，直到发育很久以后它才能变得有感觉，因此它还不是一个人。在英国，人类遗传咨询委员会已发起了一项大规模的公共咨询调查，以评价人们对克隆技术这项应用的态度。

为治疗某一特定患者而产生一个胚胎可能是代价高昂的方法，因而更为实用的途径是从克隆胚胎建立永久稳定的人类胚胎干细胞供给线。需要时，细胞就可进行分化。由此方式获取的移植细胞从遗传上来说，是不完全匹配的，但免疫反应将是可以控制的。从更长远的时间看，科学家可能通过直接反分化(dediffer entiting)它们，而不必利用胚胎来为某一患者制造出遗传匹配的干细胞。

某些评论者和科学家已经指出，在某些情况下克隆现存的人从伦理上来说是可以接受的，一种情形是想象为垂死的亲人作出一个替身。然而所有这些可能性产了一种担忧：克隆人将不会被看作一个完整的个体，因为他或她的家庭基于对其遗传“孪生子”的了解，已经对他或她有了某些期望。但这些期望可能是不正确的，因为人类的个性只是部分由基因确定。一个性格外倾人的克隆可能具有完全不同的性格。运动员、影星、企业家或科学家的克隆可能由于早期生活的某些偶然事件选择不同的事业。

某些武断者也提出了这样的观点，夫妻一方不育的可以选择复制一方或另一方。但是社会应当担忧，这样的夫妻不能自然地对待孩子，因孩子仅是夫妻一方的复制品。因为其它方法可用来治疗各种已知的不育症，所以常规疗法似乎更恰当一些，根据我的思维方式，克隆技术用于复制现存人的所提建议从伦理上讲无一是可以接受的，因为它们不关心由此产生的孩子。不言而喻，

我强烈反对让克隆人胚胎发育成为组织提供者。然而，看来很清楚的是，培养细胞的克隆将提供重要的医疗机会，有关新技术的预见常常是错误的：社会态度在变化，而意想不到的进展将会出现。时间会证明一切但是生物医学研究人员探索克隆技术的潜在应用现在已提上了议事日程。