極具醫(yī)學價值的轉(zhuǎn)基因克隆豬

最近，由中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院成功培育出的8頭特殊轉(zhuǎn)基因克隆豬開始“生兒育女”。這種克隆豬在特定波長的激發(fā)光下可分別發(fā)出紅、黃、綠、青4種熒光，這是國際上首次獲得能同時表達4種熒光蛋白的轉(zhuǎn)基因克隆豬。

專家表示，這使其在疾病模型、器官移植、生物反應器等領(lǐng)域的應用前景更為廣闊。然而，這種技術(shù)會改寫未來的生物進化史嗎？它會存在什么樣的風險？

水母熒光基因植入克隆豬

在位于廣州科學城的中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院科研園區(qū)，參與該項目研究的副研究員楊東山博士介紹說，在科學家賴良學博士的帶領(lǐng)下，研究組首先從長白豬胎兒皮膚細胞中分離出纖維細胞，進行體外培養(yǎng)。通過電穿孔的方法將編碼紅色熒光蛋白、黃色熒光蛋白、綠色熒光蛋白以及青色熒光蛋白的四種基因同時轉(zhuǎn)入纖維細胞，然后用表達四種熒光蛋白的轉(zhuǎn)基因細胞進行體細胞克隆。接著，將克隆胚胎移入代孕母豬體內(nèi)，最終獲得11頭轉(zhuǎn)基因克隆豬，8頭成活。

目前，這8頭高科技轉(zhuǎn)基因克隆豬已健康成長一年多，并開始繁殖下一代。

這8頭轉(zhuǎn)基因克隆豬在正常光下看起來和普通豬沒有什么兩樣，但是，當你用特殊的熒光濾鏡去看在不同的激發(fā)光下照射的轉(zhuǎn)基因克隆豬，就會發(fā)現(xiàn)它們通體呈現(xiàn)出四種不同顏色的熒光。

這些被轉(zhuǎn)入的熒光蛋白最初來自于可發(fā)光的水母，后又經(jīng)過人工突變改造獲得。克隆豬表達的熒光蛋白將為追蹤豬組織、細胞和器官在受者體內(nèi)的存活和機能狀況提供重要的標識。

此項研究的另一重大突破在于，以往一輪克隆僅可以轉(zhuǎn)入一個基因，轉(zhuǎn)入多個基因需要進行多次動物克隆，或者進行多個轉(zhuǎn)基因動物品系之間的雜交才可獲得，而且這樣獲得的轉(zhuǎn)基因豬多個基因之間的表達常常不協(xié)調(diào)。但是，研究組卻巧妙地利用2A短肽序列將不同的熒光蛋白基因連在同一個載體上，從而只通過一輪動物克隆即成功獲得含多個外源轉(zhuǎn)基因的克隆豬，而且多個基因之間實現(xiàn)了協(xié)同表達，克服了體細胞多基因轉(zhuǎn)移的技術(shù)障礙。這種技術(shù)的突破對于異種器官移植有著非凡的意義。

隱憂：轉(zhuǎn)基因克隆技術(shù)對物種進化有影響嗎？

轉(zhuǎn)基因克隆技術(shù)有諸多優(yōu)勢，但它是否會打破自然繁殖的規(guī)律，改寫未來的生物進化史呢？

楊東山認為，任何一種繁殖技術(shù)的廣泛應用都會對該物種的進化產(chǎn)生一定的影響。他以奶牛的繁殖為例，“例如人工輸精技術(shù)的推廣使全世界的奶牛幾乎都源自幾頭優(yōu)秀的種公牛，奶牛品種單一化、近親繁殖的現(xiàn)象非常嚴重，長期發(fā)展下去可能影響牛的進化，世界各國已經(jīng)開始重視這個問題。”但這并不代表人工輸精技術(shù)應該被禁止，實際上該技術(shù)仍然被廣泛應用。“人們可以通過采取對一些地方的品種實施保種等措施來解決這個問題。”

克隆技術(shù)也不例外。楊博士認為克隆豬只是一個技術(shù)手段，應該被合理利用。由于人們對于克隆過程中的一些分子機制了解還不夠深入，克隆豬的效率還比較低，目前通過克隆技術(shù)進行大規(guī)模的繁殖擴群還是不現(xiàn)實的。目前來說，克隆技術(shù)只會應用于某些性狀優(yōu)良的個體的短期擴增，而長期的繁殖還要通過傳統(tǒng)的配種實現(xiàn)，因此短期來講不會對豬的進化產(chǎn)生重要的影響。

就轉(zhuǎn)基因動物來說，轉(zhuǎn)基因操作確實會改變該物種的進化進程。實際上，人類對家養(yǎng)動物的馴化以及此后的雜交改良過程，本身就是對這些物種進化的干預。轉(zhuǎn)基因技術(shù)加快了這一過程，它精確針對單個基因進行操作，使得對人類有利的性狀更快地集中，而且轉(zhuǎn)基因技術(shù)還可以將其他物種的優(yōu)良性狀基因引入，使得這種選擇的范圍更廣。如今科研人員只會對家養(yǎng)動物進行這樣的操作，不會對野生物種進行干預，因此只要我們合理利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，對轉(zhuǎn)基因的家養(yǎng)動物采取嚴格的隔離措施，這種技術(shù)不會影響其他物種的進化。

轉(zhuǎn)基因克隆豬的未來……

愿景之一：讓豬得老年癡呆癥和帕金森病

研究中，轉(zhuǎn)基因克隆豬成了人類疾病的“試驗場”。所謂動物疾病模型，就是讓動物患上人的病，讓研究者能反復觀察這種病的癥狀和發(fā)病機制，并進行治療藥物和手段的試驗，而轉(zhuǎn)基因克隆豬可作為動物模型運用于疾病的診斷和治療。為什么是豬呢？楊博士解釋說，豬和人的飲食最接近，只要人能吃的豬都能吃；在體型上，小型豬的體型、器官大小和人類相似，而猴子的器官則比人類小。此外，與牛、羊等動物相比，豬的解剖結(jié)構(gòu)、代謝機制與人類更相似。他說，目前該院已獲得亨廷頓舞蹈病豬模型，目前正研究建立老年癡呆癥和帕金森病的豬模型，未來將為人類攻克這兩個頑癥帶來契機。

愿景之二：把克隆豬的器官移植給人

在器官移植技術(shù)日益成熟的同時，可用于移植的供體器官來源卻嚴重不足，異種器官移植是解決器官移植短缺的最有效途徑。隨著轉(zhuǎn)基因克隆豬的誕生，器官移植的供需矛盾也許會迎刃而解。楊博士介紹，轉(zhuǎn)基因克隆豬未來有望成為異種器官移植的供體。通俗點說，就是未來人類需要移植什么器官，就可以在轉(zhuǎn)基因克隆豬身上摘取。更形象地說，轉(zhuǎn)基因克隆豬就相當于人類所需器官的制造“工廠”。

但是人、豬畢竟不同種，豬的器官移植進人體內(nèi)，和其他器官之間能不“打架”嗎？況且豬的基因組內(nèi)還可能有一些對人有潛在危險的內(nèi)源性病毒基因。楊博士解釋說，轉(zhuǎn)基因克隆技術(shù)可對豬的基因進行修飾、改造，培育出基本不含“排斥基因”和危險因素的克隆豬。經(jīng)過科學方法生產(chǎn)的豬，可以具備成為“人體器官供應工廠”的“資質(zhì)”。

“隨著科學發(fā)展，預計未來十年、二十年后，豬作為人體異種器官移植的供體就有可能成為現(xiàn)實。”他說。

愿景之三：人類藥物生產(chǎn)“基地”

楊東山還介紹說，轉(zhuǎn)基因豬可以作為生物反應器生產(chǎn)藥用蛋白。具體做法是將一些重要的蛋白藥物的基因轉(zhuǎn)入豬的基因組，在豬的乳腺等器官實現(xiàn)特異性表達，從中提取貴重的藥用蛋白。就這種應用而言，豬的乳腺就成了一個生產(chǎn)蛋白的“基地”。

在制藥領(lǐng)域，利用轉(zhuǎn)基因動物的乳腺(或血液、尿液)來生產(chǎn)基因藥物是一種全新的生產(chǎn)模式，與傳統(tǒng)制藥技術(shù)相比，具有產(chǎn)量高、易提純、活性好等諸多優(yōu)點。此外，鮮為人知的是，轉(zhuǎn)基因動物產(chǎn)品還有望應用于軍事和反恐領(lǐng)域。2007年，美國科學院院報刊登了一篇來自加拿大的報道，通過轉(zhuǎn)基因山羊大量生產(chǎn)重組的人丁酰膽堿酯酶可用于對抗生化武器。從產(chǎn)奶量看，奶山羊和奶牛是乳腺生物反應器理想的動物。但有些需要復雜修飾的蛋白經(jīng)牛、羊這樣的反芻動物的乳腺表達后可能沒有活性或活性很低，相比之下，豬乳腺具有更強的對翻譯后蛋白進行修飾的功能，因而豬乳腺是該類蛋白最理想的生物反應器。

愿景之四：提高肉用豬的生產(chǎn)性能

克隆豬技術(shù)一方面可以用于頂級優(yōu)良種豬的快速擴繁，另一方面克隆豬技術(shù)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)相結(jié)合，還可以用于培育擁有優(yōu)良性的新品種。

但面對科技研發(fā)生產(chǎn)出來的豬肉，你敢吃嗎？對此，楊博士表示轉(zhuǎn)基因食品的安全性問題要根據(jù)具體所轉(zhuǎn)的目標基因以及轉(zhuǎn)基因的方法等進行綜合考慮。就轉(zhuǎn)基因豬而言，只要所轉(zhuǎn)入基因的產(chǎn)物對人體是安全的，通過克隆的方法獲得的轉(zhuǎn)基因豬食品應該就是安全的。況且，人類本身就是雜食動物，所有的食物進入人體都要經(jīng)過消化道的消化分解，所有的蛋白都會被分解然后才能被人體吸收，因此只要轉(zhuǎn)入的基因產(chǎn)物對人體無害，該轉(zhuǎn)基因豬食品就應該是安全的。