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转基因如何从小鼠到人类?和人类差距有多远

2010/11/22 来源:科技日报
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导读
中科院昆明动物研究所近日向媒体透露,由季维智研究员领导的研究小组成功培育出中国首例转基因猕猴。由于灵长类动物较长的生殖和生育周期,使灵长类转基因动物模型的建立较为困难。这一研究成果标志着中国科学家在非人灵长类转基因动物研究方面达到世界领先水平,为未来人类重大疾病的非人灵长类动物模

中科院昆明动物研究所近日向媒体透露,由季维智研究员领导的研究小组成功培育出中国首例转基因猕猴。由于灵长类动物较长的生殖和生育周期,使灵长类转基因动物模型的建立较为困难。这一研究成果标志着中国科学家在非人灵长类转基因动物研究方面达到世界领先水平,为未来人类重大疾病的非人灵长类动物模型的深入研究奠定了坚实的基础。此项研究已于2010年10月12日在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上发表。

转基因这个词大家并不陌生,这个本来只在科学家手里捣鼓的工具早已飞入千千万万寻常百姓家,像转基因大豆、转基因玉米、不饱和脂肪酸富集转基因猪等转基因食品都是大众关心和经常讨论的问题。而在科学上更常用的名词是基因工程或者称作遗传工程,2007年的诺贝尔医学或生理学奖就授予了建立基因工程技术的三位科学家,基因工程早已不仅仅是理论的科学研究的工具,它应用到了有关人类生命、衰老、疾病等方方面面。

基因怎么“转”?

“转基因技术是基因工程技术的一个方面,指用现代的分子生物学技术对动物或植物的基因组进行改造,按人们的希望和预先设计改造生物的性状,并形成可以遗传的种系。”中国医学科学院医学实验动物研究所遗传中心主任张连峰教授告诉我们。

“目前比较成熟和常用的转基因技术有三种。一是受精卵的显微注射技术,把想要导入的基因注射到动物的受精卵里去,然后使受精卵发育成转基因动物。二是核移植克隆技术,把动物的体细胞进行一些基因的加工,然后再把这个加工过的细胞的细胞核取出来,放到挖去了细胞核的受精卵里去,进而克隆成转基因动物。第三种就是病毒载体技术,就是把要导入的基因‘镶嵌’在病毒上,通过病毒感染细胞而携带基因一起进去,从而形成转基因动物。前两种方法导入的基因遗传给下一代的比例较高,可以达到90%左右,而第三种技术虽然操作相对简单,但是由于病毒感染的不可控性更大些,遗传给下一代的几率不如显微注射技术和核移植克隆技术高。”

转基因动物家族有多大?

随着基因工程技术的应用越来越广泛,被人类改造的转基因动物家族也日益庞大。张教授介绍道:“在动物方面小鼠、大鼠、猪、羊、牛、鸡和猴等都有研究,目前小鼠是科学家们研究最多的,欧美等发达国家的基因工程小鼠已经超过了2万种。我们研究所也已经有500多个大鼠和小鼠的基因工程品系,包括高血压、糖尿病、痴呆症、肥胖症、动脉粥样硬化等多种疾病的动物模型。大鼠、猪和猴起步较晚,是目前各国竞相研究的热点。”

“恒河猴、绒猴、食蟹猴等非人灵长类动物的转基因研究正在兴起,”张教授补充道,“从目前的情况看,世界上成功制作转基因猴的有美国的3个实验室,日本的一个实验室,还有就是我国的中科院昆明动物研究所,主要是使用绿色荧光蛋白基因做导入基因,进行技术上的探索和完善。在2008年,美国将一个亨廷顿舞蹈症(一种遗传神经退化疾病,患者会逐渐丧失说话、行动、思考和吞咽的能力)致病基因通过病毒载体技术转到猴子中,希望利用亨廷顿舞蹈症猴子模型进行治疗方法的研究。”

转基因动物和人类差距有多远?

人们研制转基因动物的目的主要是建立各种人类的疾病模型,通过让小动物们患上和人类相似的疾病,在它们身上做实验,来探究人类疾病的发病机理和治疗手段。那么这些“被生病”的“小白鼠”们要模拟人类疾病差距又有多大呢?

“在基因水平上,大鼠、小鼠和人类非常接近,并且繁殖很快,理论上一对小鼠一年可以产生300只以上的后代,医药研究中使用最多的是大鼠和小鼠模型,全世界现在有大、小鼠疾病模型4000多种,涵盖约200种不同的人类疾病。由于很多人类疾病的病因很复杂,每种动物模型只能反映人类疾病的一部分,所以一种疾病可能对应多种动物模型,比如高血压,与之对应的动物模型就有几十种。”张教授表示。

“当然,啮齿类的动物毕竟和人类无论是体型还是生理上都有较大差距,由于非人灵长类和人类更接近,使用非人灵长类做模型得出的结论对人类也更有价值,尤其是在神经系统方面比如痴呆症或帕金森病等,用非人灵长类的猴子模型研究要更好些。”张教授补充说,“其实在技术上,猴子和小鼠的转基因是没有很大区别的,主要是猴子来源有限,产仔率低,每胎只产1―2只崽猴,怀孕时间5个月以上,需要几年的时间才能得到转基因后代,研究周期长,成本高。”

谈到转基因动物结果的应用,张教授说:“这里要注意的是,在动物身上研究得到的结论不能无限的外推到人类上,我们必须和研究人类自身的结果相比较,确定有用的部分加以利用,这是一个鲜为人知的学科,叫做比较医学。现在疾病机制研究、药物筛选、药效评价都在大量使用动物模型,在一个药物用于治疗患者之前,必须经过动物实验验证它的有效性和安全性,一般会有90%以上的药物在动物实验这一阶段被淘汰掉,所以基因工程动物已经在为人类健康做着贡献。”

转基因技术安全吗?

谈到转基因技术的安全性,张教授表示转基因技术在医学上的应用应该不会有很大危险,“医学和生命科学用的转基因动物都严格在实验室饲养,只要相关部门加强管理,不将这类动物扩散到环境中,就没有问题。比如我们实验室制作了一个转基因小鼠,这个小鼠有超过正常小鼠3倍的耐力,我们给它起了个绰号‘鸡血鼠’,我们对它的管理就非常严格。再就是需要科学家恪守科学和伦理规范,不对人类自身进行转基因研究以免产生‘超级人类’”。

张教授强调:“需要注意的是转基因技术在农牧业方面的安全应用,一方面是食品安全,另一方面是对生态环境的影响。”谈到大众最为关注的转基因食品安全问题,张教授表示:“转基因食品安全不是简单的测试它有没有毒的问题,而是看吃了它5年,10年甚至更久这个转基因食品对人体的生理机能等方面会不会产生不良影响,这就需要国家完善转基因食品安全评价的法规和技术体系,严格转基因食品的安全性评价。”

“在科学层面上,更应该注意的是转基因生物对生态的影响,因为农牧业的转基因物种是要大规模饲养和种植的,不易控制它们向原野的扩散,在广袤的原野中存在发生杂交和变异,产生优势物种,打破生态平衡的潜在危险。另外,也存在影响土壤、微生物、昆虫、食物链等生态组成部分的潜在危险。所以,在一个转基因物种进行规模化生产之前,评估它的生物安全性是绝对必要的。”

延伸阅读

神奇的转基因动物

蜘蛛羊

我们所有人都听说过蜘蛛侠,但是你听过蜘蛛羊吗?怀俄明大学分子生物学家兰迪-刘易斯帮助“生产”的“蜘蛛羊”能产生普通的蜘蛛丝,这种构成蜘蛛网的同样物质由它们的乳腺产生。兰迪-刘易斯说:“从概念上讲,用于丝蛋白的蜘蛛丝基因与控制蛋白质构成组织的山羊的DNA有关。在这种情况下,它是乳腺,只形成于哺乳期。然后细胞与卵结合生成胚胎,胚胎有着合成其DNA的基因。当母羊开始分泌乳汁时丝蛋白就产生了,到了空气中就凝结起来……”

产药的小鸡

英国罗斯林研究所的科学家成功培育出世界上第一批能下“神奇鸡蛋”的小鸡。这种经过基因改造的小鸡所下的蛋能用来制造治疗癌症和其他疾病的药物。这种法国品种鸡每年可下约300颗鸡蛋。经过基因改造后的“神奇小鸡”,其DNA中含有人为加入的人类基因,当母鸡生下蛋后,科学家就能从鸡蛋的蛋白中提取用来制造药物的蛋白质。牛津生物医药公司的研究人员安德鲁-伍德表示:“从理论上来说,这种技术适用于不同种类的基因,因此这些母鸡也可以被用于制造许多不同的蛋白质。未来,这种技术有望用于治疗包括帕金森症、糖尿病和多种癌症在内的各种疾病。”

不怕猫的老鼠

日本科学家通过改变老鼠的基因,培育出了一只不怕猫的老鼠。在科学家展示的照片中,一只褐色老鼠离一只猫不到一英寸,在猫的身边嗅来嗅去。

长期以来,科学家们一直认为,动物的恐惧可能是由它们灵敏的嗅觉唤起的。老鼠拥有大约1000个嗅觉感受器基因,而人类只有400个起作用的和大约800个不活跃的嗅觉感受器基因。在用老鼠所做的一项实验中,研究人员确认并移除了老鼠大脑嗅球上的某些感受器,结果这些老鼠变成了一群无所畏惧的啮齿动物,在天敌面前转来转去,显示出极强的好奇心,永远不知道危险的存在。

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