第10讲克隆羊A.ppt

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1、第十讲 多利羊带来的挑战与困惑,一、多利羊风暴二、从一个细胞到一只羊三、多利羊实验的设计与实施四、多利羊实验的理论意义和实践意义五、多利羊实验带来的困惑,一、多利羊风暴 1997227 Nature（385：810813）英国爱丁堡罗斯林研究所 伊恩威尔穆特小组：多利羊 1996.7 出生 1996.11 收到文章 1997.2 文章发表,多利羊之父威尔穆特,多 利 羊 成 为 明 星,多利和它的孩子,返回,文章发表，在全世界引起巨大反响。一方面学术界高度评价 1997.3.2 美国华盛顿邮报 奥勒冈州沃尔小组：成功克隆两只恒河猴（96.8出生）1997.3.5台湾地区吴明杰小组：5只克隆猪。

2、,沃尔小组成功克隆两只恒河猴,返回,吴明杰小组：5只克隆猪,在日本克隆成功的牛,返回,另一方面，人们马上意识到克隆人的威胁。政界纷纷出来表态。1997.3.4（美）克林顿总统宣布：禁止联邦政府资助人体克隆实验。1997.3.5（意）卫生部长在众议院宣布：禁止人体和动物克隆。,1997.3.11 世界卫生组织（WHO）宣布：禁止人体克隆试验。1997.3.11 欧盟委员会宣布：反对人体克隆试验。中国卫生部宣布：禁止人体克隆试验。,一条科学成就的宣布，在全世界范围内，在短短几十天左右时间，从学术界到经济界、政界引起巨大而深刻的反响，是空前的。“克隆”一词也顿时变得妇孺皆知。,二、从一个细胞到一只羊

3、（本节见参考书第86-90页）,所有有性繁殖的生物，都是从一个受精卵发育到完整的生物体。,婴儿 1012 个细胞成人 1014 个细胞(1 克肝或胃，由2.53亿个细胞组成。)人体总共有 200 多种细胞类型。,返回,1、细胞分化 在个体发育中，细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程，称为细胞分化。,2、细胞的发育潜能 由一个细胞可能分化发育出多少种细胞？这就是细胞的发育潜能。大致有三种不同的发育潜能。,全能性 具有能使后代细胞形成完整个体的潜能的细胞称全能性细胞。例如：受精卵,卵子受精过程,返回,精子正在穿越卵子外膜,核融合,多能性 具有分化出多种组织或细胞（但是不能形成完整个体）的潜能的

4、细胞称多能性细胞。例如，生血多能干细胞,从多能生血干细胞可以分化发育出许多种血细胞。,返回,使研究者可以分辨出,脾脏克隆分析法,骨髓来源的不同的前体细胞。,单能性 只能分化成一种细胞的干细胞称单能干细胞。例如，单能生血干细胞,返回,多能生血干细胞,单能生血干细胞,3、对于植物来说，分化成熟的植物细胞体，仍保持全能性，仍有可能发育成完整植株。第一例从一个植物体细胞一棵植株的实验。,无性繁殖 杨柳 插枝繁殖 山芋 块根繁殖 马铃薯 块茎繁殖 这些都还不是严格意义上的一个体细胞 一棵植株,返回,从单个细胞到愈伤组织到整个植株,胡萝卜,返回,从植物体细胞到一棵完整的植株,植物体细胞具有全能性,对于动物

5、来说：随着分化的演进，细胞逐渐丧失其分化潜能。全能性 多能性 单能性 分化成熟的体细胞。,图,实际上，动物细胞丧失全能性的过程，开始得很早。,人类生产四胞胎的几率为 1/7 x 105,新千年上海首例四胞胎诞生,返回,4、分化成熟的动物细胞已失去全能性。不可能发育成为完整的动物个体。原因何在？陆续出现一些探索动物细胞全能性丧失原因的实验。,1952 豹蛙 囊胚细胞核 去核卵母细胞 蝌蚪 可育的蛙,爪蟾：肠上皮细胞核仍保持全能性,爪蟾的核移植实验,爪蟾：肠上皮细胞核仍保持全能性,返回,1978 黑斑蛙(童第周)蛙红细胞核 去核未受精卵细胞 蝌蚪,1981 克隆小鼠的实验,Illmensee&Ho

6、ppe的克隆小鼠实验,细胞核受体,细胞核供体,收集受精卵,去核,融合,甲品种小鼠,乙品种小鼠,收集囊胚期细胞团分散成单细胞,取核,融合,将核注入已去核的受精卵中,在培养皿中培养 至 细 胞 团,植入假母子宫,产出小鼠,核移植小鼠（克隆小鼠）,长成成鼠，呈核供体小鼠性状,返回,以上实验得出的结论 囊胚阶段的细胞乃至成熟的体细胞，其细胞核仍具有全能性可能发育成完整个体。细胞核保持着全套基因组。,看来，关键在于细胞质。细胞质中有着决定细胞分化全能性的物质，称为分化决定子。,后来实验证明，细胞质中的分化决定子，是 RNA。它们对紫外线敏感，对 RNase 敏感。在卵子形成过程中，卵母细胞中含有 25

7、万种 mRNA，每种约 600个拷贝。这些 RNA 构成母体信息，决定受精卵的发育潜能。,信息体（informasome）在卵子中，母体信息以核糖核酸蛋白（RNP）颗粒形式存在，其沉降系数比核糖体还大，称为信息体。,返回,到 1980s 初，克隆实验已用小鼠取得成功。囊胚细胞核去核受精卵 那么，为什么1990s底多利羊实验成功仍会引起这么大的震动？,从囊胚细胞核到分化成熟的体细 胞核是一个大进步。从实验小鼠 到羊，也有所不同。最重要的是时机：1980s 初到 1990s 末。,返回,三、多利羊实验的设计和实施（本节见参考书第89-90页）,1、实验过程,严密的实验设计精心的操作过程严格的结果检

8、验,实 验 过 程,细胞核受体 Scottish Blackface ewe,细胞核供体,注射促性腺激素释放激素经 28-33 h 排卵,培养于0.5%胎牛血清培养基中，使从生长周期中出来停顿于G。,3436 h 取出核,分别进行,培养在羊输卵管上 6 天，分裂成长至桑椹期或囊胚期,细胞融合,移入假母（苏格兰黑脸母羊）子宫,13 胚/头假母,5060天，超声检查，21头胎羊，以后 每 14天查一次。最后产出八头小羊分属三个核供体来源。胎羊丢失率：62%（13头）以形态特征，DNA microsatellite analysis 产出小羊均显示供体羊特征,返回,2、实验成功的关键，血清饥饿 使细

9、胞核和去核卵细胞处于细胞周 期中相匹配的阶段。使结合在基因（DNA）上的调控 蛋白脱落下来。重新编程（reprogram,remodel）,返回,G0期,指具有分裂能力的组织中的细胞在反复分裂数次之后，处于停止分裂状态的时期。肝细胞和小淋巴球等有时由于受到刺激容易恢复分裂能力，保持这种潜在分裂能力的细胞称为G0期细胞。有的组织细胞在从分裂期向S期发展时，在G1期中断，形成G0期细胞群的组织（水晶体上皮和膀胱上皮等），有的组织细胞在从S期向分裂期发展时，以G2期那样的状态中断，形成G0期细胞群的组织（耳的上皮）。但是，即使几乎完全失去分裂能力的已分化的组织细胞通常也可依靠人工培养、人工致癌等方法

10、恢复其分裂能力。因此，所有的分化细胞都是G0期，G0期只不过是细胞周期中G1期或G2期的无限延长，而不是细胞周期中G1期或G2期的中断和脱离。,对多利羊实验的质疑。质疑：来自乳腺的细胞究竟是不是分化成熟的体细胞？(原来供细胞的母羊已死)回答：在 Nature 原文中已说明，怀孕期间胚胎细胞 可能进入母体，1/106 可能性。需要进一步实验。,四、多利羊实验的理论意义和实 践意义（本节见参考书第90、148-150页）,1、理论意义 证实分化成熟的动物细胞核仍具全能性。证实细胞质对胚胎发育分化的决定性。,2、实践意义 蛋白质多肽类药物(胰岛素、凝血因子、干扰素、生长因子)目前年产（1998）76

11、 亿美元 预计 2000 年产 185 亿美元,80年代初期到九十年代初期 这10年内基因工程用于生产蛋白质多肽类药物有很大发展。细菌、酵母表达系统糖修饰、蛋白质折叠。动物细胞培养太贵、成本高。转基因动物亦已成功。,转基因动物提高了蛋白质肽类药物的产量 产量 细胞培养法 5%转基因羊羊奶中 25%50%英国罗斯林研究所和 PPL 制药公司联合，50 只转基因羊，已传四代。希望用克隆法生产 4000 只基因工程奶羊。,乳腺生物反应器荷兰 生产EPO的转基因牛 年产值 40亿美元英国 生产-胰蛋白酶 一杯羊奶 6000美元 制剂的转基因羊 中国中科院发育所 合作1998年6月得到两只体细 扬州大学

12、 胞克隆羊，能分泌乳腺药物,问题是：,所得到的转基因动物在有性生殖过程中，容易丢失转入的基因和特性。对克隆（无性生殖）大动物有了强烈的客观需求。,器官移植：角膜 皮肤 肾 肝 肺 心脏 等等,器官移植大量开展需要大量供体器官。,人体器官的代用品来自猪。,获得供器官移植的纯种猪需要：去掉猪抗原性 移入人抗凝血因子 近交 20 代约需 20 年 克隆技术使纯种猪培育时间大为缩短。,人类疾病的动物模型,动物模型对于研究疾病机理试验新药等方面的实验不可缺少。,试验抗免疫排斥药物。试验抗艾滋病毒药物。,裸 鼠,遗传上胸腺缺失，不产生有功能的T细胞。把人胚胎胸腺移入裸鼠，成为“类人鼠”。,返回,珍稀濒危动

13、物繁殖 克隆大熊猫实验已开始,据报道，将大象胚胎移入小鼠体内已获成功。,动物育种 克隆技术用于动物育种可以极大地加快育种的速度。,警惕一种危险。克隆产生的 后代，基因组成单一，失去对复杂环境变化的适应潜力。,返回,美洲豹被认为基因组成过于单一，有面临种群灭绝的危险。,五、多利羊实验带来的困惑 伦理学问题（本节见参考书第350-353页）,伦理学:在人类社会长期生活中逐渐形成的有关人们相互关系的共识。,1、克隆人问题 不可能通过克隆得到完全相同 的成年人。,社会上最初反应：共识禁止 克隆人实验。,但是，经过两年后，克隆人 实验的呼声渐高。,人们反对克隆人实验的示威,返回,芝加哥理查德锡德于 19

14、98 年 1月宣布:要组成一个小组，做克隆人实验。1.5 年内完成第一个克隆人。再用 1.5 年完成 500 个克隆人。,反响一：几天后克林顿要求国会立法，加以阻止。反响二：加州等许多州通过立法:对克隆人实验处以 25100 万美金罚款。,锡德宣布：到墨西哥蒂华纳市去做克隆人实验。,返回,反响：墨西哥卫生部蒂华纳市政府 一致反对克隆人“入侵”墨西哥科学家,2、可否克隆人的部分器官？,英国一个小组宣布，用控制基因的办法，成功得到无头青蛙。估计 510 年内可得克隆人体部分组织器官。,3、究竟应该如何看待“克隆人”及其他伦理学问题？科学技术的进展往往可能出现负面效应。,化学合成 化学武器,返回,病

15、菌、病毒 生物武器,原子能 原子弹,计算机 黑客,事实上，人类社会的伦理道德观念，总在经历着不断的变化和进步。,例如：在我国，关于生育子女的观念,1949年前 不孝有三，无后为大,1950s 母亲英雄(生孩子5个）,1980s 计划生育(只生一个）,2000s 不要孩子,各种观念交错重叠,已有不少事例证明，新科学技术对伦理道德观念的冲击，会逐渐得到解决。人类社会具有接纳科学技术新成果的无限潜力。,图,试管婴儿 1970s 开始 1993 比利时医生首例 第二代试管婴儿技术。1998 年 上海医科大学妇产科医 院成功 12 例。,返回,结论：人类社会能够解决发展生产，提高生活的问题。,人类社会能够解决保护环境，生态的问题。,人类社会也能够不断改变观念，走向更高伦理道德境界。,这将是一个艰难的转变，需要较长的时间,关键是 呼吁科学民主，协商决策的社会机制。,呼吁善于思考，富有社会责任心的人。,