[科普中國]-中科院又克隆出猴子了，它們和“中中”“華華”有何不同？

作者：鬼谷藏龍

編輯：Yuki

前幾天，中科院神經(jīng)科學(xué)研究所宣布克隆出了五只帶有節(jié)律缺陷的基因編輯猴，該項成果1月24日在線發(fā)表在《國家科學(xué)評論》 [1] 上。許多人可能會問，同樣是克隆猴，這回的新突破，與去年的克隆猴“中中”和“華華”相比，不同的地方又在哪里呢？

（1月24日出版的《國家科學(xué)評論》，中科院神經(jīng)科學(xué)研究所宣布克隆出了五只帶有節(jié)律缺陷的基因編輯猴）

技術(shù)發(fā)展有其規(guī)律

技術(shù)的發(fā)展需要層層推進(jìn)。就像是法拉第發(fā)明了發(fā)電機(jī)，但其實他的發(fā)電機(jī)就像一個“初生的嬰兒”，只是在理論上證明了“電是可以被發(fā)出來的”，但這個發(fā)電機(jī)距離實際應(yīng)用還有不少距離。

“中中”和“華華”也是類似，它們的降生證明了“猴子是可以被克隆的”，但這也并不意味著克隆猴馬上就能投入實際應(yīng)用了。

（首先來回顧一下克隆猴的制作流程：1.去除掉一枚卵細(xì)胞的細(xì)胞核；2. 取一個體細(xì)胞的細(xì)胞核放入這個去核卵細(xì)胞中；3. 待兩者充分融合后，向這個重組的卵內(nèi)注入Kdm4d的mRNA來幫助克隆胚胎發(fā)育；4. 將這個卵移植進(jìn)代孕母猴子宮內(nèi)，等待克隆猴出生。圖片來源：參考資料[1]）

舉個例子來說，克隆猴的一大潛力是批量制造大量基因編輯猴，但是要注意的是，克隆“中中”和“華華”所用的核供體細(xì)胞來自流產(chǎn)的胎猴。而我們知道，大部分細(xì)胞的分裂次數(shù)是有限制的，胎猴的細(xì)胞分裂次數(shù)較少，比較“年輕”，自然也比較皮實，扛得住克隆操作中的種種損傷，克隆的成功率一般來說也會比較高。

（中中和華華。圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）

但實際在制作基因編輯猴的過程中，所用的細(xì)胞未必都來自這么年幼的猴子，更何況那些細(xì)胞通常還需要在體外培養(yǎng)一段時間。這時候的細(xì)胞已經(jīng)有些“衰老”，未必經(jīng)得起折騰了。更遑論基因編輯本身也會對細(xì)胞造成一些傷害，所以當(dāng)初“中中”和“華華”的克隆成功率尚不足1%。而鑒于克隆猴的高昂成本，人們自然一直會擔(dān)心克隆基因編輯猴的時候，效率要是再打上一個折扣，那么成本上就難以接受了，這就可能導(dǎo)致這項技術(shù)停留在紙面上。

PS. 這里順便再破除一個關(guān)于克隆技術(shù)流傳很久的迷思，那就是說細(xì)胞的分裂次數(shù)有限，所以克隆動物的壽命會變短。這個說法是完全沒有根據(jù)的，端粒等限制細(xì)胞分裂次數(shù)的因素，會在胚胎發(fā)育的早期階段完全重置，無論核供體細(xì)胞之前已經(jīng)分裂過多少次，只要胚胎能正常發(fā)育，都不會影響克隆動物的壽命。像多莉羊等出現(xiàn)的早衰問題，主要是因為當(dāng)時技術(shù)不成熟，克隆操作損傷到了胚胎導(dǎo)致的。

（多莉羊 。圖片來自：dolly.roslin.ed.ac.uk）

從理論向應(yīng)用跨出的一步

而這一次的工作，最大的意義就是 讓克隆猴從理論層面向應(yīng)用層面跨出了一步 。

這次克隆猴所用的核供體細(xì)胞來自一只成年的猴子。說起來，這只成年猴子的來頭也不小，它是中科院神經(jīng)所的科學(xué)家，在幾年前通過直接向猴受精卵中注射CRISPR/Cas9的方法而得到的基因敲除猴。 這只猴生來就缺少一種叫做BMAL1的基因——這個基因是控制動物節(jié)律的核心基因，因此它從小就患有睡眠障礙之類的癥狀 [3] 。

（左圖為在本次實驗中提供了核供體細(xì)胞之的“嵌合體”基因敲除猴。右圖為從它體內(nèi)提取、培養(yǎng)的核供體細(xì)胞。圖片來自參考資料[1]）

不過，向猴受精卵中注射CRISPR/Cas9并不是一個“完美”的技術(shù)。雖然CRISPR/Cas9可以很精確地摧毀某個基因，但是用這種方法獲得的基因敲除猴會有“嵌合體”的問題。

什么是嵌合體？簡單來說，由于CRISPR/Cas9發(fā)揮作用需要一定的時間，真正敲除基因的時候胚胎很可能已經(jīng)發(fā)育到二細(xì)胞乃至八細(xì)胞期，因此這些猴子身上往往只有一部分細(xì)胞被敲掉了基因，而另一些細(xì)胞則沒有被敲掉。這不太“純”的基因會讓它們的癥狀變得模棱兩可，研究結(jié)果的可信度也會大打折扣。

雖然它們身上不同的細(xì)胞可能有不同的基因型，但是具體到某一個細(xì)胞的基因型卻是明確無誤的，因此這一次科學(xué)家就從它的身上提取了一些細(xì)胞，然后以這些細(xì)胞為核供體來克隆，于是得到了五只“純”的BMAL1基因敲除猴。這五只小猴不但身上每一個細(xì)胞的BMAL1都確定被敲除，而且它們的基因背景也幾乎完全一樣，對于需要嚴(yán)格控制變量的科學(xué)研究而言，價值不言而喻。

而且，這次提供體細(xì)胞的猴子已經(jīng)出生很久，它的細(xì)胞比之前“中中”和“華華”所用的胎猴細(xì)胞要“衰老”得多。但是事實證明， 這次克隆猴的效率比之前甚至還略有提高，也算是用數(shù)據(jù)說明了克隆猴用于科研的可行性 ，從這個角度來說，這次也的確是非常重要的一次突破。

前方的道路

那這是不是意味著，從此以后通過克隆技術(shù)就能讓我們隨心所欲地制造基因編輯猴了呢？其實不盡然。

這種先用CRISPR/Cas9制作不太“純”的基因編輯猴，然后等這個基因編輯猴出生后提取細(xì)胞，再用克隆技術(shù)制作完美基因編輯猴的方法耗時太長了，單單是等兩代猴子懷孕的時間加起來就得一年。

此外其步驟太復(fù)雜，而且每一步都要消耗巨量的時間精力成本，其中哪一步出點問題都會帶來難以承受的損失，用專業(yè)點的話說就是“容錯率太低”。

此外這種方法還受制于CRISPR/Cas9的技術(shù)局限。目前，我們的CRISPR/Cas9還只能做一些比較簡單的基因編輯，對于復(fù)雜一些的基因編輯很難一蹴而就。

可以說，就當(dāng)前階段而言， 克隆基因編輯猴還是成本過高且處處掣肘，距離我們理想中的克隆猴技術(shù)還有所差距 。而這些就需要科學(xué)家們再接再厲了。

（本次研究得到的5只BMAL1敲除猴。圖片來自參考資料[1]）

總之，向前邁出的每一步都是進(jìn)步，相信科學(xué)家們還會繼續(xù)積跬步，總有一天將致千里。

作者名片

排版：小爽

參考資料：

[1] LIU, Zhen, et al. Cloning of a Gene-edited Macaque Monkey by Somatic Cell Nuclear Transfer. NSR, 2019.

[2] Liu, Z. et al. (2018). Cloning of macaque monkeys by somatic cell nuclear transfer. Cell

[3]QIU, Peiyuan, et al. BMAL1 knockout macaque monkeys display reduced sleep and psychiatric disorders. NSR, 2019.