張涌：克隆羊之父的“牛”事業(yè)

陳小瑋

去年，西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)業(yè)部動(dòng)物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究出了一系列具有抗病性能的轉(zhuǎn)基因牛。這是張涌及其團(tuán)隊(duì)繼克隆羊之后取得的新成果。

西北農(nóng)林科技大學(xué)科研樓最北邊的二樓，整層都是動(dòng)物醫(yī)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室。其中，農(nóng)業(yè)部動(dòng)物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室就設(shè)在這里。此前，這里曾是農(nóng)業(yè)部動(dòng)物生殖生理和胚胎工程重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)室主任張涌生病在西安住院，不便于接受采訪。張涌的弟子權(quán)富生教授向記者詳細(xì)介紹了近些年實(shí)驗(yàn)室的研究進(jìn)展及其成果。

今年1月23日，張涌及其團(tuán)隊(duì)研究的克隆羊陽陽在過了15歲生日后去世，被做成標(biāo)本永遠(yuǎn)安置于克隆羊基地。“母羊的壽命一般是8到10歲，陽陽已算很高壽的了，因?yàn)樯矸萏厥猓玫搅颂厥庹疹櫋！睓?quán)富生說。

陽陽的特殊，在于她不僅是中國活下來的首例體細(xì)胞克隆山羊，在世界上也是第一例。

上篇 克隆羊及其應(yīng)用

2000年6月22日晚間，西北農(nóng)林科技大學(xué)克隆羊基地，一只白山羊誕下了一只青灰色的山羊。張涌親自替她取名為“陽陽”，希望她能健康成長。

“山羊一般是白色的，青山羊的顏色是灰青色，為了更直觀，所以用了青山羊。”權(quán)富生解釋選擇克隆青山羊的個(gè)中緣由。

陽陽并不是基地誕下的首例體細(xì)胞克隆山羊，卻是中國、乃至世界活下來的首例，且活成了羊界的壽星佬。

在陽陽出生六天前，基地迎來了第一只克隆山羊的出世。張涌為其取名為“元元”，意即“第一”。不幸的是，三十六小時(shí)之后，元元因“肺部發(fā)育不全”，加之天氣太熱等原因而死亡。面對(duì)逝去的元元，張涌的心如箭穿般地痛。

1956年3月，張涌出生于內(nèi)蒙古邊陲的和林格爾縣。1981年，他從內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院獸醫(yī)系畢業(yè)留校任助教。1984年考進(jìn)西農(nóng)大讀研，接著又讀了博士。

“張涌教授天賦高，聰明刻苦。”權(quán)富生介紹說，“29歲就已經(jīng)是教授了。”

西農(nóng)大的動(dòng)物胚胎工程研究始于上世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)，中國家畜產(chǎn)科學(xué)開拓者之一的王建辰教授，亦即張涌的博士生導(dǎo)師，敏銳地意識(shí)到胚胎移植技術(shù)的廣闊發(fā)展前景，帶領(lǐng)一批研究人員開始進(jìn)行胚胎移植試驗(yàn)。1980年，兩只鮮胚胎移植山羊在這所學(xué)校誕生。1984年，西農(nóng)大建立了山羊胚胎工程實(shí)驗(yàn)室。

張涌一直專注于哺乳動(dòng)物培育生物工程的理論及技術(shù)研究。讀碩士期間，他負(fù)責(zé)完成的“小鼠胚胎分割方法及同卵雙生試驗(yàn)”被譽(yù)為開創(chuàng)我國哺乳動(dòng)物胚胎分割成功先例；隨后，他負(fù)責(zé)完成的“山羊胚胎分割及同卵雙生試驗(yàn)”，被同行專家鑒定為具有國際先進(jìn)水平的優(yōu)秀科研成果。

胚胎分割對(duì)現(xiàn)在的碩士生來說，是一個(gè)很簡單的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榭梢允褂孟冗M(jìn)的儀器，但在以前則屬于很前沿的一項(xiàng)研究。最具挑戰(zhàn)性的地方在于，胚胎要手工分割。張涌與此相關(guān)的碩士論文獲得了省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

讀博士期間，張涌主持完成的“小鼠山羊半胚冷凍和凍胚分割試驗(yàn)”被同行專家鑒定為具有國際領(lǐng)先水平，其博士論文獲陜西省優(yōu)秀博士論文。“當(dāng)時(shí)還沒有全國優(yōu)博論文。”權(quán)富生說。

1990年，張涌成功培育出了世界上首批7頭胚胎克隆山羊；1995年，他利用胚胎核移植—去掉一卵細(xì)胞的細(xì)胞核，植入另一受精卵的胚胎核，克隆出45只山羊，形成了當(dāng)時(shí)世界上最大的一群胚胎克隆動(dòng)物群體。張涌因而被譽(yù)為“中國克隆羊之父”。

1996年，西農(nóng)大畜牧系的種羊場(chǎng)專門劃給了張涌作為哺乳動(dòng)物發(fā)育生物工程科研基地。2000年，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，該基地正式被命名為“中國克隆動(dòng)物基地”。

克隆，“Clone”的音譯，即復(fù)制的意思，屬于“無性繁殖”的一種。后代與前代有著完全相同的遺傳特征。從技術(shù)層面講，克隆分為胚胎克隆和體細(xì)胞克隆兩個(gè)層級(jí)。

1997年，克隆綿羊“多莉”面世。“多莉”的誕生，打破了教科書上的“從成年動(dòng)物的體細(xì)胞進(jìn)行克隆是不可能的”這一教條，使世界生物遺傳技術(shù)向前跨進(jìn)了一大步。

這對(duì)張涌來說是一個(gè)巨大的刺激。他利用胚胎核移植克隆出山羊后，就開始嘗試用體細(xì)胞克隆山羊，但一直沒能成功。

1999年末，張涌從一只山東小青羊耳朵后面取下一塊皮膚，進(jìn)行單個(gè)細(xì)胞克隆，待其成熟后將細(xì)胞核取出，注入到去核后的卵母細(xì)胞中，卵母細(xì)胞來自另一只山羊，經(jīng)培育形成克隆胚胎，并分別移入兩只白母山羊的子宮內(nèi)。

2000年6月，隨著元元以及陽陽相繼出生，張涌終于登上世界動(dòng)物克隆技術(shù)的制高點(diǎn)。

2001年8月8日，克隆羊陽陽成功誕生了一對(duì)龍鳳胎—“歡歡”和“慶慶”，其父親系世界首批胚胎克隆安哥拉山羊，證明體細(xì)胞克隆羊、胚胎克隆羊與普通羊一樣具有自然生殖繁衍的功能，這在世界尚屬首例。幾年后，陽陽已是五代同堂了。

據(jù)權(quán)富生介紹，克隆技術(shù)在胚胎育種、優(yōu)良個(gè)體方面有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。日常生活中，有些羊主要用于產(chǎn)毛，有的羊是產(chǎn)肉的，有些羊主要是產(chǎn)奶的。應(yīng)用克隆技術(shù)可以把兩種或三種羊的優(yōu)點(diǎn)集于一種羊身上，克隆出肉好吃、產(chǎn)奶多、又能產(chǎn)毛的羊。

“中國克隆動(dòng)物基地克隆出不膻的種羊，用以繁殖不膻的體重超過500公斤的肉羊；還克隆出日產(chǎn)奶是其它奶羊幾倍、甚至十幾倍的奶羊。最為神奇的是，該基地在培育高產(chǎn)奶山羊的同時(shí)，創(chuàng)造性地在山羊的胚胎中植入人乳基因，繁殖出了能產(chǎn)‘人奶的山羊。”權(quán)富生說。

張涌和他的同事們圍繞兩個(gè)世界級(jí)“羊”難題開展工作：一是讓更多的克隆羊?qū)殞氄Q生，提高克隆動(dòng)物的成功率；二是讓克隆羊“身價(jià)”更高，生產(chǎn)出有重要經(jīng)濟(jì)、營養(yǎng)、醫(yī)療價(jià)值的轉(zhuǎn)基因克隆羊。

下篇 挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)基因牛

2015年3月，張涌帶領(lǐng)的課題組成功培育出抗結(jié)核病的轉(zhuǎn)基因牛，其牛奶并不含轉(zhuǎn)基因成分。

牛結(jié)核病是一種慢性傳染病，在世界范圍內(nèi)廣泛傳播，尤其在亞洲、非洲不發(fā)達(dá)地區(qū)，目前還沒有辦法有效地控制和消除。公開資料顯示，由牛結(jié)核分枝桿菌引起的結(jié)核病，還是一種人畜共患病，可由動(dòng)物傳播給人，并在人類之間傳播，對(duì)公共衛(wèi)生也產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

相關(guān)論文已發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊PNAS（《美國科學(xué)院院刊》）上，論文題目為《TALEN介導(dǎo)插入sp110基因能增加牛對(duì)結(jié)核病的抗性》。TALEN是進(jìn)行基因改造的方法之一，能精確地對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行缺失、插入等突變。與其他方法比，其特點(diǎn)是精確性。

論文稱，該研究將有助于控制和預(yù)防牛結(jié)核病，研究中建立的方法為其他抗病動(dòng)物的育種工作提供了前瞻性探索。這是TALEN技術(shù)首次應(yīng)用于牛基因組的改造。

2004年2月6日凌晨，張涌一直守候在羊圈旁，直到第四代體細(xì)胞克隆山羊出生，并為之取名“笑笑”。離開基地不久，張涌便病倒了，被確診為冠心病、大面積心肌梗死。

“治療期間使用了進(jìn)口溶栓藥，很貴，一針幾十萬，是從一種牛的奶里提取的溶血蛋白。”權(quán)富生說：“病愈后的張涌教授，對(duì)牛有了濃厚的研究興趣。”

克隆牛項(xiàng)目是從2006年起步的。

第一個(gè)研究項(xiàng)目是克隆培育牛奶含溶血蛋白的牛，但沒進(jìn)入生產(chǎn)階段。接著克隆一種肉牛，這種肉牛的肉很貴，在香港一公斤100美元，目前克隆牛基地有400多頭。

2009年11月25日，張涌培育的世界第一例轉(zhuǎn)人防御素基因的克隆奶牛通過剖腹產(chǎn)降生，其牛奶含有人的防御素。據(jù)介紹，實(shí)驗(yàn)室將400枚轉(zhuǎn)基因胚胎移植到200頭黃牛受體，六個(gè)月后監(jiān)測(cè)妊娠受體30頭，現(xiàn)獲17頭轉(zhuǎn)人防御素基因的克隆牛，3頭轉(zhuǎn)人溶菌霉素基因克隆牛。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景是，奶牛的奶里含有能將細(xì)菌溶解的物質(zhì)，這樣牛就不會(huì)得乳腺炎，可大大減少抗菌素的使用。

轉(zhuǎn)基因抗病牛的整個(gè)培育過程，可以簡單地歸結(jié)成三個(gè)部分：首先對(duì)細(xì)胞進(jìn)行基因改造，在實(shí)驗(yàn)室取一個(gè)牛的細(xì)胞，將外源抗病基因轉(zhuǎn)到細(xì)胞里；其次，待帶有此基因的細(xì)胞發(fā)育后，進(jìn)行分割，將單個(gè)細(xì)胞放在取了核的卵細(xì)胞里；最后，將卵細(xì)胞移植到黃牛受體子宮里發(fā)育成個(gè)體。

抗口蹄疫轉(zhuǎn)基因克隆牛，是實(shí)驗(yàn)室的另一項(xiàng)研究成果，目前只處于育種材料階段。

“之所以用黃牛做受體，是因?yàn)辄S牛比奶牛便宜，可以降低實(shí)驗(yàn)成本。”權(quán)富生解釋道。

截至目前，實(shí)驗(yàn)室做的都是一種技術(shù)研究。轉(zhuǎn)基因牛都還沒進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用中，牛奶、牛肉以及牛的排泄物的環(huán)境安全等一系列問題處于中試階段。“將轉(zhuǎn)基因牛的奶、肉給實(shí)驗(yàn)鼠吃，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，觀察老鼠生長的情況，觀察器官、血液變化，如果沒發(fā)現(xiàn)變化，說明沒有不利影響，是安全的。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物除了老鼠，還有豬、羊等大型動(dòng)物。”權(quán)富生介紹說，“現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物都處于安全隔離階段，即將牛圈在一個(gè)地方，不和外界接觸。等確定測(cè)試安全之后，才會(huì)和非轉(zhuǎn)基因牛混在一起養(yǎng)，進(jìn)入環(huán)境釋放階段。”

2015年1月25日，由陜西省科技廳組織河南農(nóng)業(yè)大學(xué)張改平院士等全國9名同行專家對(duì)張涌主持完成的“牛羊基因定點(diǎn)精確編輯技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目進(jìn)行成果鑒定，專家們認(rèn)為該研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平，對(duì)推動(dòng)抗病基因工程育種和乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展，提升我國牛羊業(yè)種質(zhì)創(chuàng)新水平具有重大意義，具有廣闊應(yīng)用前景。

今年4月，西農(nóng)大進(jìn)行的一場(chǎng)“與身邊的科學(xué)家面對(duì)面”活動(dòng)中，張涌針對(duì)學(xué)生們關(guān)心的轉(zhuǎn)基因的安全性進(jìn)行了科普。

“西藥治病具有針對(duì)性，成分、分子結(jié)構(gòu)以及副作用都明明白白地標(biāo)注；中藥的成分不是很清楚，副作用也不詳，稀里糊涂喝一碗藥，也說不清會(huì)有什么副作用。而我們就認(rèn)為西藥不好，西藥有副作用，中藥好，中藥沒有副作用。”張涌一番關(guān)于什么是安全的比喻，惹得聽講座的同學(xué)哈哈大笑。

轉(zhuǎn)基因是否安全，可從三方面考量：轉(zhuǎn)入的基因是否安全、轉(zhuǎn)入的方法是否安全以及安全評(píng)價(jià)結(jié)果。在張涌看來，生物進(jìn)化依靠于基因的突變和重組，這種變異具有發(fā)生頻率低，變異不定向的特點(diǎn)。而轉(zhuǎn)基因的本質(zhì)也是一種變異，是人工引入的突變，形成的突變明明白白，可以為人類造福。

“轉(zhuǎn)基因是從源頭解決生物的問題。”張涌最后總結(jié)道。