什么是克隆技術(shù)

克隆是英文“clone”或“cloning”的音譯，而英文“clone”則起源于希臘文“Klone”，原意是指以幼苗或嫩枝插條，以無性繁殖或營養(yǎng)繁殖的方式培育植物，如扦插和嫁接。在大陸譯為“無性繁殖”，在臺灣與港澳地區(qū)一般意譯為復(fù)制，轉(zhuǎn)殖或群殖。中文也有更加確切的詞表達(dá)克隆，“無性繁殖”“無性系化”以及“純系化”?？寺∈侵干矬w通過體細(xì)胞進(jìn)行的無性繁殖，以及由無性繁殖形成的基因型完全相同的后代個體組成的種群。通常是利用生物技術(shù)由無性生殖產(chǎn)生與原個體有完全相同基因的個體或種群。

雖然高等動物普遍采用有性生殖，但克隆是否在高等生物中自然存在呢？答案是肯定的，例如同卵雙胞胎，源自于同一個受精卵的分裂，具有同樣的基因組，這也是人工克隆動物的一個思路，將早期胚胎分為多個小的胚胎，然后再分別發(fā)育成多個個體。這種方式建立在早期胚胎細(xì)胞的可塑性（Plasticity）上，此時細(xì)胞的命運依然可逆并具有全能性，而后期細(xì)胞，特別是已成熟的細(xì)胞并不具有這種特性。采用這種方式不僅在技術(shù)上困難，更為重要的是因為必須用早期胚胎，極大地限制了克隆的使用范圍。

很多特性必須要等到個體成熟后才能獲知，而如果此時再想克隆個體就需要換種思路：采用體細(xì)胞核移植（Somatic cell nuclear transfer， SCNT）技術(shù)。由于動物個體的很多特征由基因控制，因此只要將基因組所在的細(xì)胞核移植到去核的卵母細(xì)胞或早期胚胎細(xì)胞中，再進(jìn)一步發(fā)育，即可獲得和被移植個體同特征的個體。狹義上的動物克隆就是指使用體細(xì)胞核移植技術(shù)的克隆，目前大多數(shù)動物克隆都是采用這種方式。

動物克隆的簡單歷程

得益于20世紀(jì)上半葉發(fā)育學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，1952年，美國科學(xué)家羅伯特·布里格斯（Robert Briggs）和托馬斯·金（Thomas King）將青蛙受精卵的細(xì)胞核移植到卵細(xì)胞中并發(fā)育出胚胎。這是人類第一次用細(xì)胞核移植技術(shù)成功發(fā)育出胚胎，這次實驗成功地進(jìn)行了104次核移植，培育出35個胚胎，其中27個成長為蝌蚪。這種發(fā)育成功率在普通人看來可能很低，但在克隆界算是很高了，簡直是高出了天際。

當(dāng)然這與實驗采用的動物及細(xì)胞有關(guān)。首先，青蛙體外排卵，卵細(xì)胞體積大，非常便于實驗操作。其次，細(xì)胞核來源于受精卵，本身具有發(fā)育成胚胎并長成個體的能力。最后便是青蛙受精卵在水中能成長發(fā)育，要求比較低。雖然實驗看起來采取了特殊的模式，但依然意義非凡，因為即便今日人類依然不清楚細(xì)胞核的取出和移植對細(xì)胞有怎樣的影響，但這次實驗成功了，從結(jié)果上肯定了技術(shù)的可行性，為動物克隆開創(chuàng)了一片天地。

雖然青蛙克隆實驗成功了，但人們的好奇心并不會因此而減弱，相反會變得更強，其中最重要的兩個疑問是：成熟的體細(xì)胞核能否移植并發(fā)育？其他動物能否被克??？

1958年，第一個問題便有了答案。英國牛津大學(xué)的科學(xué)家約翰·戈登（John Gurdon）成功地將蝌蚪腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞核移植到青蛙卵細(xì)胞里，并發(fā)育出胚胎。在肯定了第一個問題后，第二個問題的答案也沒有讓人們等太久。1963年，我國科學(xué)家童第周在世界上第一次成功克隆了亞洲鯉魚，這次克隆是將一條雄性鯉魚的細(xì)胞核移植到雌性鯉魚的卵母細(xì)胞中。此外，1973年童第周還將亞洲鯉魚的基因移植到歐洲鯽魚中，第一次實現(xiàn)了種間克隆。

高等動物羊、鼠和牛的克隆，分別發(fā)生在1984年、1986年和1994年，但由于它們都使用胚胎分裂技術(shù)，而非用成熟的體細(xì)胞，影響力較小，沒有受到很大關(guān)注。但很快地，克隆技術(shù)便得到了前所未有的關(guān)注，讓這個專業(yè)詞匯從生物學(xué)走進(jìn)了普通公眾視野，甚至走進(jìn)了科幻電影里。這就是1996年英國科學(xué)家基思·坎貝爾（Keith Campbell）和伊恩·威爾穆特（Ian Wilmut）用成熟體細(xì)胞成功克隆了一只羊，它的名字叫“多莉”。

多莉一出生便名揚世界，它應(yīng)該是迄今為止世界上最有名的動物，足以比擬任何當(dāng)紅明星，即便死后知名度依然不減。在經(jīng)歷277次核移植，產(chǎn)生29個胚胎，放入13個代孕母羊后，最后有且只有多莉幸運地出生了。這次艱辛而又享譽世界的實驗，從這組數(shù)據(jù)上可以看出，比起克隆界的前輩們，在概率上實在小得太多了，只出生了一只，這還是建立在科研人員數(shù)百次的辛勤工作上的，這也許是上帝的眷顧。

多莉有三個母親，分別是為它提供細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核和子宮。多莉只活了6年多，于2003年去世，共有三次生育，產(chǎn)生6個后代。

目前，已被克隆的高等物種有20多種，其中克隆牛和鼠誕生于1997年，和人類相近的獼猴在1999年，被科學(xué)家利用胚胎分離的方式克隆成功，克隆豬出現(xiàn)于2000年，克隆兔、騾子、鹿和馬則在2003年成功，克隆狗、果蠅在2005年誕生，2009年，克隆駱駝在迪拜誕生。

近幾年來，隨著科學(xué)的發(fā)展，克隆的應(yīng)用更加廣泛并開始走向商業(yè)。2009年，一種已滅絕的庇里牛斯山羊（Pyrenean ibex）被克隆成功，這是人類第一次將已滅絕的物種克隆出來，雖然它僅活了7分鐘，但為滅絕動物的再生打開了一扇亮窗。

2014年，深圳華大基因報道稱，每年生產(chǎn)500只克隆豬，成功率在70-80%，但遭到了來自科學(xué)以及公眾方面的強大壓力。

2015年，一家中國公司計劃每年生產(chǎn)10萬只克隆牛，用于滿足市場對高品質(zhì)牛的需求，同樣地，該計劃遭到了眾人的猛烈批評，認(rèn)為不具可操作性。

結(jié)合目前熱門的基因編輯技術(shù)，2017年，一只基因編輯狗在另一家中國公司誕生。

克隆猴為什么費勁？三大難點抬高門檻

從第一只克隆羊到第一只克隆猴，歷時21年。期間，各國科學(xué)家先后克隆出牛、鼠、豬、貓、狗等多種動物，但對猴子一直無能為力。

2003年，權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》曾發(fā)表了美國匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員的一篇論文，論文稱，用現(xiàn)有技術(shù)克隆靈長類動物“是行不通的”。

最接近成功的一次實驗發(fā)生在2010年。美國俄勒岡靈長類研究中心的著名科學(xué)家米塔利波夫率領(lǐng)團隊成功移植了克隆猴胚胎，但胚胎發(fā)育至81天，以流產(chǎn)告終。

孫強介紹，克隆猴主要有三個難點。一是細(xì)胞核不易識別，“去核”難度大。作為受體的卵細(xì)胞，必須先把細(xì)胞核“摘除”，才能容納體細(xì)胞的細(xì)胞核這個“外來戶”。但是，猴的卵細(xì)胞核去核難度非常大。

孫強團隊中，博士后劉真是“去核”的主要操作者。借助顯微設(shè)備，劉真用一雙巧手反復(fù)練習(xí)，在最短時間內(nèi)、用最小損耗完成“去核”工作，為后續(xù)的克隆工作奠定重要基礎(chǔ)。

二是卵細(xì)胞容易提前激活。克隆過程中，體細(xì)胞的細(xì)胞核進(jìn)入卵細(xì)胞時，需先“喚醒”卵細(xì)胞，然后才啟動一系列發(fā)育“程序”。因此，“喚醒”的時機要求非常精準(zhǔn)。但是，使用傳統(tǒng)方式，猴的卵細(xì)胞很容易被提前“喚醒”，往往導(dǎo)致克隆“程序”無法正常啟動。

三是體細(xì)胞克隆胚胎的發(fā)育效率低。被轉(zhuǎn)移到卵細(xì)胞里的細(xì)胞核突然要扮演受精卵的角色，“趕鴨子上架”很不適應(yīng)，需要科學(xué)家采取多種手段“保駕護(hù)航”。如果“保駕”不力，絕大多數(shù)克隆胚胎都難以正常發(fā)育，往往胎死腹中。

經(jīng)過5年不懈努力，孫強團隊成功突破了克隆猴這個世界生物學(xué)前沿的難題。通過DNA指紋鑒定，“中中”和“華華”的核基因組信息與供體體細(xì)胞完全一致，證明姐妹倆都是正宗的克隆猴。

克隆猴有啥價值？疾病研究、新藥測試將大幅提速

經(jīng)過體檢，記者戴上口罩、穿上白大褂，在中科院神經(jīng)所研究員孫強的帶領(lǐng)下，走進(jìn)克隆猴寶寶的“育嬰房”。

世界上首只克隆猴“中中”和她的妹妹“華華”正在恒溫箱里嬉戲。姐姐比妹妹年長10天，除了體型大小略有差異，姐妹倆看不出什么區(qū)別。

她倆的基因，都來自同一個流產(chǎn)的雌性獼猴胎兒。科研人員提取了這個獼猴胎兒的體細(xì)胞（非生殖細(xì)胞），通過技術(shù)手段將其細(xì)胞核“植入”若干個“摘除”了細(xì)胞核的卵細(xì)胞?！爸兄小笔堑谝粋€發(fā)育成型并順利誕生的幸運兒。

“克隆猴的誕生意味著中國將率先建立起可有效模擬人類疾病的動物模型?！睂O強說，利用克隆技術(shù)，未來可在一年時間內(nèi)，培育大批遺傳背景相同的模型猴。這既能滿足腦疾病和腦高級認(rèn)知功能研究的迫切需要，又可廣泛應(yīng)用于新藥測試。

孫強介紹，如果實驗對象的遺傳背景不同，“實驗組”和“對照組”的說服力就不夠強。傳統(tǒng)醫(yī)藥實驗大量采用小鼠，很大程度上是因為鼠類可通過快速近親繁殖，培育出大量非常相似的小鼠。

但由于小鼠和人類相差太遠(yuǎn)，針對小鼠研發(fā)的藥物在人體檢測時大都無效或有副作用。據(jù)了解，這是目前絕大多數(shù)腦疾病研究無法取得突破的一個主要原因。

中科院神經(jīng)所所長蒲慕明院士說，克隆猴的成功，將為腦疾病、免疫缺陷、腫瘤、代謝等疾病的機理研究、干預(yù)、診治帶來前所未有的光明前景?！斑@是世界生命科學(xué)領(lǐng)域近年來的重大突破。”他說。