作者：鬼谷藏龍

編輯：Yuki

 

前幾天，中科院神經科學研究所宣布克隆出了五只帶有節律缺陷的基因編輯猴，該項成果1月24日在線發表在《國家科學評論》 [1] 上。許多人可能會問，同樣是克隆猴，這回的新突破，與去年的克隆猴“中中”和“華華”相比，不同的地方又在哪里呢？

（1月24日出版的《國家科學評論》，中科院神經科學研究所宣布克隆出了五只帶有節律缺陷的基因編輯猴）

 

技術發展有其規律

 

技術的發展需要層層推進。就像是法拉第發明了發電機，但其實他的發電機就像一個“初生的嬰兒”，只是在理論上證明了“電是可以被發出來的”，但這個發電機距離實際應用還有不少距離。

 

“中中”和“華華”也是類似，它們的降生證明了“猴子是可以被克隆的”，但這也并不意味著克隆猴馬上就能投入實際應用了。

 

（首先來回顧一下克隆猴的制作流程：1.去除掉一枚卵細胞的細胞核；2. 取一個體細胞的細胞核放入這個去核卵細胞中；3. 待兩者充分融合后，向這個重組的卵內注入Kdm4d的mRNA來幫助克隆胚胎發育；4. 將這個卵移植進代孕母猴子宮內，等待克隆猴出生。圖片來源：參考資料[1]）

 

舉個例子來說，克隆猴的一大潛力是批量制造大量基因編輯猴，但是要注意的是，克隆“中中”和“華華”所用的核供體細胞來自流產的胎猴。而我們知道，大部分細胞的分裂次數是有限制的，胎猴的細胞分裂次數較少，比較“年輕”，自然也比較皮實，扛得住克隆操作中的種種損傷，克隆的成功率一般來說也會比較高。

 

（中中和華華。圖片來源：參考文獻[2]）

 

但實際在制作基因編輯猴的過程中，所用的細胞未必都來自這么年幼的猴子，更何況那些細胞通常還需要在體外培養一段時間。這時候的細胞已經有些“衰老”，未必經得起折騰了。更遑論基因編輯本身也會對細胞造成一些傷害，所以當初“中中”和“華華”的克隆成功率尚不足1%。而鑒于克隆猴的高昂成本，人們自然一直會擔心克隆基因編輯猴的時候，效率要是再打上一個折扣，那么成本上就難以接受了，這就可能導致這項技術停留在紙面上。

 

PS. 這里順便再破除一個關于克隆技術流傳很久的迷思，那就是說細胞的分裂次數有限，所以克隆動物的壽命會變短。這個說法是完全沒有根據的，端粒等限制細胞分裂次數的因素，會在胚胎發育的早期階段完全重置，無論核供體細胞之前已經分裂過多少次，只要胚胎能正常發育，都不會影響克隆動物的壽命。像多莉羊等出現的早衰問題，主要是因為當時技術不成熟，克隆操作損傷到了胚胎導致的。

 

（多莉羊 。圖片來自：dolly.roslin.ed.ac.uk）

 

從理論向應用跨出的一步

 

而這一次的工作，最大的意義就是 讓克隆猴從理論層面向應用層面跨出了一步 。

 

這次克隆猴所用的核供體細胞來自一只成年的猴子。說起來，這只成年猴子的來頭也不小，它是中科院神經所的科學家，在幾年前通過直接向猴受精卵中注射CRISPR/Cas9的方法而得到的基因敲除猴。 這只猴生來就缺少一種叫做BMAL1的基因——這個基因是控制動物節律的核心基因，因此它從小就患有睡眠障礙之類的癥狀 [3] 。

 

（左圖為在本次實驗中提供了核供體細胞之的“嵌合體”基因敲除猴。右圖為從它體內提取、培養的核供體細胞。圖片來自參考資料[1]）

 

不過，向猴受精卵中注射CRISPR/Cas9并不是一個“完美”的技術。雖然CRISPR/Cas9可以很精確地摧毀某個基因，但是用這種方法獲得的基因敲除猴會有“嵌合體”的問題。

 

什么是嵌合體？簡單來說，由于CRISPR/Cas9發揮作用需要一定的時間，真正敲除基因的時候胚胎很可能已經發育到二細胞乃至八細胞期，因此這些猴子身上往往只有一部分細胞被敲掉了基因，而另一些細胞則沒有被敲掉。這不太“純”的基因會讓它們的癥狀變得模棱兩可，研究結果的可信度也會大打折扣。

 

雖然它們身上不同的細胞可能有不同的基因型，但是具體到某一個細胞的基因型卻是明確無誤的，因此這一次科學家就從它的身上提取了一些細胞，然后以這些細胞為核供體來克隆，于是得到了五只“純”的BMAL1基因敲除猴。這五只小猴不但身上每一個細胞的BMAL1都確定被敲除，而且它們的基因背景也幾乎完全一樣，對于需要嚴格控制變量的科學研究而言，價值不言而喻。

 

而且，這次提供體細胞的猴子已經出生很久，它的細胞比之前“中中”和“華華”所用的胎猴細胞要“衰老”得多。但是事實證明， 這次克隆猴的效率比之前甚至還略有提高，也算是用數據說明了克隆猴用于科研的可行性 ，從這個角度來說，這次也的確是非常重要的一次突破。

 

前方的道路

 

那這是不是意味著，從此以后通過克隆技術就能讓我們隨心所欲地制造基因編輯猴了呢？其實不盡然。

 

這種先用CRISPR/Cas9制作不太“純”的基因編輯猴，然后等這個基因編輯猴出生后提取細胞，再用克隆技術制作完美基因編輯猴的方法耗時太長了，單單是等兩代猴子懷孕的時間加起來就得一年。

 

此外其步驟太復雜，而且每一步都要消耗巨量的時間精力成本，其中哪一步出點問題都會帶來難以承受的損失，用專業點的話說就是“容錯率太低”。

 

此外這種方法還受制于CRISPR/Cas9的技術局限。目前，我們的CRISPR/Cas9還只能做一些比較簡單的基因編輯，對于復雜一些的基因編輯很難一蹴而就。

 

可以說，就當前階段而言， 克隆基因編輯猴還是成本過高且處處掣肘，距離我們理想中的克隆猴技術還有所差距 。而這些就需要科學家們再接再厲了。

 

（本次研究得到的5只BMAL1敲除猴。圖片來自參考資料[1]）

 

總之，向前邁出的每一步都是進步，相信科學家們還會繼續積跬步，總有一天將致千里。

 

 

作者名片

 

排版：小爽

參考資料：

[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.

中科院又克隆出猴子了，它們和“中中”“華華”有何不同？

圖文簡介

中科院神經科學研究所宣布克隆出了五只帶有節律缺陷的基因編輯猴