转基因动物是“死胡同”还是“柏油大道”?

2011-09-08 13:10 · pobee

尽管克隆技术有着广泛的应用前景,但离产业化尚有很大距离,因为作为一个新兴的研究领域。

转基因概念图

什么是转基因动物?

转基因动物是指用实验导入的方法将外源基因在染色体基因内稳定整合并能稳定表达的一类动物。(包括基因敲除的动物)

转基因动物的技术路线

核移植技术已经成为转基因动物生产的主流方法

核移植是将供体细胞核移入去核的卵母细胞中,使后者不经精子穿透等有性过程即可被激活、分裂并发育,让核供体的基因得到完全复制。培养一段时间后,在把发育中的卵母细胞移植到人或动物体内的方法。

核移植技术

转基因动物的应用研究

改良动物经济性状的尝试: 试图通过转移单个基因改良动物经济性状的研究,至今仍未见成功的报道,尚需对性状表现的生化代谢途径,有关基因的相互作用以及基因定位整合,基因定量表达、组织特异性表达等进行深入的研究。

乳腺生物反应器的研究: 1987年,Gordon首次报道小鼠乳腺中表达tPA蛋白。至今国际上转基因羊、转基因牛等的成功报道实例已有10多种,生产出抗胰蛋白酶、乳铁蛋白、人凝血蛋白因子Ⅷ、蛋白质C等药用蛋白。国外经济学家预期,10年后,转基因动物生产的药物销售额超过250亿美元。

基因药物生产: 乳腺分泌的基因产物不但产量高,而且易提纯。表达的蛋白经过充分的修饰加工,具有稳定的接近天然产品的生物活性。在动物乳腺表达的外源基因可以遗传,可用常规技术繁殖生产群体。

克隆动物的重大意义

动物克隆技术不仅理论上有重大突破,无需有性繁殖即可生产动物,而且可利用克隆羊技术来克隆人体器官,有医学价值,还可使难以生殖或即将灭种的动物(如熊猫)采用无性繁殖方式来繁殖后代,因此引起全世界关注。现又有克隆牛、克隆猪、克隆羊的问世,现在正在克隆熊猫。

克隆技术存在的问题

尽管克隆技术有着广泛的应用前景,但离产业化尚有很大距离。因为作为一个新兴的研究领域,克隆技术在理论和技术上都还很不成熟,在理论上,分化的体细胞克隆对遗传物质重编(细胞核内所有或大部分基因关闭,细胞重新恢复全能性的过程)的机理还不清楚;克隆动物是否会记住供体细胞的年龄,克隆动物的连续后代是否会累积突变基因,以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。

在实践中,克隆动物的成功率还很低,维尔穆特研究组在培育“多莉“的实验中,融合了277枚移植核的卵细胞,仅获得了“多莉”这一只成活羔羊,成功率只有0.36%,同时进行的胎儿成纤维细胞和胚胎细胞的克隆实验的成功率也分别只有1.7%和1.1%,即使是使用“檀香山”技术,以分化程度较低的卵丘细胞为核供体,其成功率也只有百分之几。

即使是正常发育的“多莉”,也被发现有早衰迹象。染色体的未端被称为端粒,它决定着细胞能够分裂的次数:每一次分裂端粒都会缩短,而当端粒耗尽后细胞就失去了分裂能力。1998年,科学家发现“多莉”的细胞端粒比正常的要短,即其细胞处于更衰老的状态。当时认为,这可能是用成年绵羊的细胞克隆“多莉”造成的,使其细胞具有成年细胞的印记,但这一解释目前受到了挑战,美国马萨诸塞州的医生罗伯特•兰扎等用培养的衰老细胞克隆牛,得到6头小牛,出生5~10个月后发现这些克隆牛的端粒比普通同龄小牛要长,有的甚至比普通新生小牛的端粒还长。现在还不清楚这一现象的原因,也不清楚为何与“多莉“的情况有巨大差别。但这一实验说明,在一些情况下克隆过程能改变成熟细胞的分子钟,使其“恢复青春”,关于这种变化对克隆动物寿命的影响,还有待于进一步观察。

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转基因动物的研究进展

转基因动物研究已有20多年的历史,其生物安全性问题引起全球广泛关注。

1982年,美国学者把大鼠的生长激素基因与小鼠的MT—1启动子组成表达质粒,将其注射到小鼠的受精卵里,再把受精卵移植到借腹怀胎的雌鼠体内,生下来的小鼠A生长速度要比普通小鼠B的生长速度平均快50%。这也成为了世界上第一只转基因动物。

世界上第一只转基因动物——小鼠

2001年,美国科学家宣布培育出了世界上首只转基因猴。这是世界上首次培育成功转基因灵长类动物,此项成果将为人类最终战胜糖尿病、乳腺癌、帕金森氏症和艾滋病等顽症提供帮助。

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世界上首次培育成功转基因灵长类动物——安迪

2004,年美国率先批准了观赏用的转基因鲑鱼商业化生产。

2006年和2009年,来源于转基因山羊的重组蛋白药物相继在欧洲和美国获准上市。

2010年10月,利用转基因兔生产的另一种重组蛋白药物也被欧盟药监局批准,转基因技术已经成为培育动物新品种和蛋白药物生产的主要手段之一。

李宁表示,目前实验室已相继建立了转人乳铁蛋白基因、人溶菌酶基因、人岩藻糖基因等在内的转基因奶牛新品种基础群30多头,重组人乳蛋白在转基因牛乳腺中获得高效表达,平均表达量达每升1克以上。还进一步通过人工授精等扩繁技术,获得二代和三代转基因奶牛共300多头。

我国在转基因动物上取得的成就

继转基因鲤鱼、兔、鸡和猪等多种转基因动物之后,我国又在转基因山羊和牛上取得进展。

今年,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室利用转基因技术成功研制“人乳化”牛奶,乳清蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶等在转基因牛奶中的表达量均为国际最高水平,其安全性已通过中国疾病预防控制中心等权威机构确认,有望在两年内实现“人乳化”牛奶等产品上市销售。

作为母乳中重要的功能成分,人乳铁蛋白及其蛋白降解产物乳铁蛋白肽具有广泛的生物学活性,包括广谱抗菌作用、消炎、抑制肿瘤细胞生长及调节机体免疫反应等,被认为是一种新型抗菌、抗癌药物和极具开发潜力的食品、化妆品添加剂。

据介绍,自1997年英国通过克隆技术获得体细胞克隆羊后,体细胞核移植技术被广泛应用于转基因牛的生产中,并获得了大量具有奶品质显著改善或强力抗病性等特性的转基因克隆牛。利用转基因技术培育新品种既可以加快家畜品种的改良速度,提高肉、奶、蛋的产量和品质,又可以生产高附加值的药用蛋白。

经中国疾病预防控制中心食品研究所等权威机构的安全性检测表明,“人乳化”牛奶与其他牛奶没有差别,不存在任何安全性的问题;同时功能试验表明,“人乳化”牛奶具有促进铁和钙吸收、改善胃肠道功能、促进机体生长发育、增强免疫力等重要功能。

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