转基因与克隆到底是怎么回事? 博物君    2018-12-06




     不管你是否关注生命科学,相信你都看到过关于转基因与克隆的各种新闻。现如今,转基因与克隆已经成为了当今社会热门话题,从百度搜索结果数量来看,转基因和克隆技术与人工智能这样的热门学科不相上下。


    同时,转基因与克隆技术也因其对人类社会的巨大影响导致风波不断,但其实很多人并不是对这两门学科有太多的了解,所以今天我们就来跟大家聊一聊转基因与克隆。


    我们先来说克隆。


    克隆是英文"clone"或"cloning"的音译,在科学上的解释是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖,以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。


    实际上早在60多年前,人类就已经完成了对青蛙的克隆。我国科学家也早在1963年就成功的克隆了一条鲤鱼。许多人都是在1996年多莉羊诞生以后才听过这个词,那为什么进入20世纪以后克隆突然间火热起来了呢?




    那这里就不得不提到一位中国的女性科学家,杜玉涛。


    在上个世纪,克隆技术无法大面积推开的一个原因是仪器与人力的成本制约。因为卵细胞的特殊结构,克隆实验操作需要精密显微仪器与精密针管等昂贵实验设备,还需要尖端的技术人才。这大大的限制了克隆的规模与推广应用。


    2003年,正在丹麦奥胡斯大学攻读博士学位的杜玉涛受导师邀请,参与了一项全新的克隆技术的研发——手工克隆。


    手工克隆,顾名思义是指除常规设备外,其操作均为手工。与传统克隆相比较,手工克隆不依赖昂贵仪器和尖端技术人员,成本低、效率高,其核心技术只需一个小小的刀片就可以完成。



    经过两年艰苦的技术研发,杜玉涛所在的团队终于迎来了世界首只手工克隆猪宝宝的诞生。


    2007年,杜玉涛回到华大基因,搭建了国内首家手工克隆实验平台“华大方舟”。


    2008年,华大方舟平台完成了国内首批8只手工克隆猪,杜玉涛也成为了中国国内手工克隆技术的第一人。


    在2012年,华大方舟平台完成了世界首例手工克隆羊“鹏鹏”,它的体内还能合成深海鱼油中富含的不饱和脂肪酸Omega-3。等等,一只羊为什么能合成深海鱼油中才有的不饱和脂肪酸Omega-3?



    这就是今天我们要聊的第二点,转基因。


    转基因就是指将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中,从而达到改造生物的目的。


    它起源于分子生物学,与克隆技术一样都是现代生命科学的基础支撑,比如在生命科学中非常前沿的学科“合成生物学”,就是基于系统生物学原理的基因工程与转基因技术。


    由华大基因参与的人工合成酵母登上了《科学》杂志的封面,合成生物学再度走进大家的视野


    转基因技术其实早就深入了我们生活的方方面面,比如我们用的乙肝疫苗以及药用胰岛素,都是转基因应用的成功案例。


    要获得胰岛素,最初只能从牛和猪的胰脏中提取。但是,每100千克动物胰腺只能提取出4-5克胰岛素,产量低,远不能满足患者的需求。而且动物胰岛素与人体胰岛素在结构上有不同程度的差别,动物胰岛素是一种异体蛋白,有可能使人体形成抗胰岛素的抗体,为疾病的治疗带来不必要的麻烦。


    1980年代初,美国一家公司通过转基因技术实现了人体胰岛素的工业生产。其原理是,将人的基因中负责表达胰岛素的那一段“剪切”下来,转入大肠杆菌或者酵母菌里,通过后者的快速增殖达到人体胰岛素的大量生产。


    华大方舟团队研究人员正是运用转基因技术,将能合成Omega-3基因片段在进行克隆的过程中“拼贴”到了细胞核中。


    这里边还有一个有趣的知识,能生成Omega-3基因片段并不是来自于深海鱼类。其实深海的鱼类也无法合成Omega-3,它们只是食用了大量含有Omega-3的海藻。



    事实上,大多数的高等动物都无法自己合成Omega-3——在进化的过程中,这个基因已经被丢掉了。


    华大方舟团队的研究人员通过对低等动物线虫的克隆,得到了合成Omega-3的基因片段,并且把它改造成适合哺乳动物的表达。然后,再把它们转移到绵羊的基因组里。


    通过这个例子也能看出,克隆技术与转基因技术在生命科学研究中所占的重要位置。