科技日報(bào)北京9月13日電 (記者張夢然)英國《自然·通訊》雜志13日發(fā)表了一項(xiàng)生物學(xué)重要發(fā)現(xiàn):注入到人工誘導(dǎo)(改造后失效)的孤雌單倍體胚胎細(xì)胞的小鼠精子,也能產(chǎn)生健康的后代。這一結(jié)果意味著,精子能在沒有卵子的情況下能發(fā)育成熟。這與此前人們的認(rèn)知相悖,科學(xué)家們曾認(rèn)為這一過程只能在卵子中發(fā)生,但目前尚無證據(jù)表明同一過程在人類胚胎中也能成功。
受精過程包括精子和卵子轉(zhuǎn)化為胚胎的多個(gè)步驟。受精過程中會(huì)發(fā)生許多染色體和脫氧核糖核酸(DNA)改變(這一過程被稱為重編程),從而使精子成熟,能夠分裂產(chǎn)生生命體中的各個(gè)分化細(xì)胞,這種能力叫做全能性。但通常的觀點(diǎn)是,精子只能在卵子中被重編程來獲得全能性。
此次,英國巴斯大學(xué)安東尼·佩里及其同事,將精子細(xì)胞核注入經(jīng)過化學(xué)改造的、不能正常發(fā)育的孤雌單倍體胚胎細(xì)胞中。該胚胎細(xì)胞經(jīng)過化學(xué)處理后,只含有一組不配對的染色體,而不是精子和卵子融合通常會(huì)產(chǎn)生的一組配對染色體。實(shí)驗(yàn)證明,產(chǎn)生的胚胎發(fā)育成了健康的個(gè)體,但是,其比例最高只有對照組的24%。
作者并沒有在論文中展示精子基因組如何重編程,但他們發(fā)現(xiàn),經(jīng)過改造的胚胎與對照組在染色體和DNA上有一定的相似之處,然而在細(xì)胞運(yùn)轉(zhuǎn)方面卻有所差異,這意味著二者重編程的路徑是不同的。該發(fā)現(xiàn)激勵(lì)了研究者們進(jìn)一步探究這種發(fā)育過程是如何發(fā)生的。
研究人員強(qiáng)調(diào),雖然上述結(jié)果表明,多數(shù)情況下,在為全能性而進(jìn)行的精子基因重編程中,第一個(gè)胚胎細(xì)胞周期是可以被“繞過”的,但該發(fā)現(xiàn)距離在人類中應(yīng)用還為時(shí)尚早。此次實(shí)驗(yàn)中經(jīng)注射胚胎的存活率很低,更重要的是,這項(xiàng)研究是在小鼠胚胎中進(jìn)行的,目前尚沒有證據(jù)表明其在人類胚胎中也能成功。
他們首次利用雄性小鼠的細(xì)胞
培育出了有活力的卵子,
從而使兩只雄性老鼠“產(chǎn)”下了后代。
日本科學(xué)家:
成功讓雄性老鼠體細(xì)胞變成卵細(xì)胞
當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月8日,在英國倫敦召開的第三屆人類基因組編輯國際峰會(huì)上,來自日本九州大學(xué)的林克彥(Katsuhiko Hayashi,音譯)教授介紹了該研究的詳細(xì)情況,并表示已向科學(xué)雜志《自然》提交了這一研究。
該技術(shù)包括首先從雄性老鼠身上提取皮膚細(xì)胞,然后將其轉(zhuǎn)化成類似干細(xì)胞的狀態(tài),以創(chuàng)建所謂的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞(iPS cells)——一種可以轉(zhuǎn)化為其他類型細(xì)胞的細(xì)胞。因?yàn)樵撈つw細(xì)胞從雄性老鼠身上提取,因此具有XY染色體。林克彥教授的團(tuán)隊(duì)剔除了其中的Y染色體,再向另一個(gè)細(xì)胞“借來”一個(gè)X染色體,然后將兩個(gè)X染色體巧妙地“粘”在一起。這一流程使得干細(xì)胞變成卵細(xì)胞。
“這其中最大的訣竅就是X染色體的復(fù)制。”林克彥教授說,擁有兩個(gè)X染色體的這些細(xì)胞被放置在一個(gè)卵巢類器官中進(jìn)行培養(yǎng),從而形成卵子。當(dāng)與正常精子受精后,科學(xué)家們獲得了大約600個(gè)胚胎,并將其植入代孕老鼠體內(nèi)。最終,代孕老鼠誕生了7只小鼠幼仔。
這些小老鼠看起來很健康,會(huì)有一個(gè)正常的壽命,并在成年后得以繼續(xù)生育后代?!八鼈兛雌饋磉€不錯(cuò),在正常生長,以后能夠成為父親?!绷挚藦┙淌诒硎?。實(shí)驗(yàn)中約1%的生產(chǎn)成功率,低于用正常女性卵細(xì)胞能夠達(dá)到的5%的成功率。
不孕不育癥患者的新希望?
現(xiàn)階段該技術(shù)還不能安全用于人類
林克彥教授表示,該研究的主要?jiǎng)訖C(jī)是希望能夠?yàn)轭净疾辉胁挥Y的夫妻提供一種生育治療方法,例如患有特納綜合征的婦女,她們拷貝的X染色體有一整個(gè)或部分缺失的情況。
他繼續(xù)補(bǔ)充,目前,這項(xiàng)研究仍處于早期階段,卵細(xì)胞的質(zhì)量不高?!凹词乖诶鲜笊砩蠈?shí)驗(yàn),卵細(xì)胞的質(zhì)量也存在很多問題。因此,在考慮將其作為一種生育治療方法之前,我們必須克服這些問題,這可能需要很長的時(shí)間。”他表示。
同時(shí),在這個(gè)階段,技術(shù)還不能安全地用于人類。但是,他認(rèn)為這一問題能夠在10年內(nèi)得到解決。然而,部分科學(xué)家認(rèn)為這一時(shí)間估計(jì)過于樂觀,因?yàn)槟壳霸趯?shí)驗(yàn)室條件下還未能從女性細(xì)胞中創(chuàng)造出可行的人類卵細(xì)胞。并且,也有科學(xué)家提出,人類的細(xì)胞需要更長的培養(yǎng)時(shí)間來產(chǎn)生一個(gè)成熟的卵細(xì)胞,這可能會(huì)增加細(xì)胞獲得不必要的遺傳變化的風(fēng)險(xiǎn)。
此外,林克彥教授還提出對社會(huì)是否能夠接受這一技術(shù)的擔(dān)憂,他并不贊同男性用自己的精子和人工制造的卵細(xì)胞來創(chuàng)造一個(gè)嬰兒。“在技術(shù)上這是可能的。但是我不太確定在現(xiàn)在這個(gè)階段,它是否安全或?yàn)樯鐣?huì)所接受?!?/p>
中國科學(xué)院的王浩義教授認(rèn)為,在考慮將該技術(shù)應(yīng)用于臨床之前,還有很長的路要走?!翱茖W(xué)家從不說永遠(yuǎn),原則上,實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在老鼠身上完成了,當(dāng)然它可能在人類身上實(shí)現(xiàn)。但我可以預(yù)見到未來(該技術(shù))會(huì)遇到很多挑戰(zhàn),我無法預(yù)測(克服它們)將花費(fèi)多少年。”
“雄性老鼠產(chǎn)仔”究竟是怎么回事?此項(xiàng)研究的突破與未來發(fā)展前景如何?倫理問題又如何避免?11日下午,紅星新聞?dòng)浾呗?lián)系到東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生導(dǎo)師、副教授馮學(xué)超來解讀這項(xiàng)研究。
相關(guān)新聞報(bào)道 截圖自Nature
揭秘:
變雄性老鼠體細(xì)胞為卵細(xì)胞
兩只雄性老鼠“產(chǎn)”下后代
隨著基因編輯技術(shù)尤其是分子剪刀技術(shù)CRISPR-Cas9的普及,對于人類基因進(jìn)行改造的倫理與道德爭議越來越多。在這種背景下,美國國家科學(xué)院、美國國家醫(yī)學(xué)院、中國科學(xué)院和英國皇家學(xué)會(huì)在華盛頓共同舉辦人類基因編輯國際峰會(huì),探討人類基因編輯技術(shù)帶來的科學(xué)、倫理和社會(huì)問題。
在英國倫敦召開的第三屆人類基因組編輯國際峰會(huì)上,來自日本九州大學(xué)的林克彥教授團(tuán)隊(duì)首次利用雄性小鼠的細(xì)胞培育出了有活力的卵子,從而使兩只雄性老鼠“產(chǎn)”下了后代。通過梳理Nature的報(bào)道不難發(fā)現(xiàn),該研究大致可以分為四個(gè)部分:
首先,團(tuán)隊(duì)將從小鼠體內(nèi)分離出來的細(xì)胞體外培養(yǎng),通過稱為“細(xì)胞重編程”的技術(shù)將一般的細(xì)胞變成多功能干細(xì)胞(iPSC)。在這個(gè)過程中,一些細(xì)胞自發(fā)地丟失了Y染色體,這一步類似于遺傳過程中的突變。
馮學(xué)超解釋,在生物界的繁殖中分為有性繁殖和無性繁殖兩種,其中有性繁殖比起無性繁殖最大的優(yōu)勢就是能夠在進(jìn)化過程中創(chuàng)造一種變異,“這是物種為了更好適應(yīng)外界的壓力而產(chǎn)生的?!?br>第二步是通過藥物作用誘發(fā)這些丟失了Y染色體的細(xì)胞產(chǎn)生染色體加倍,產(chǎn)生了核型為XX的雄性小鼠細(xì)胞(雄性小鼠天然的性染色體為XY)。
然后,通過基因編輯技術(shù),誘導(dǎo)細(xì)胞分化成卵細(xì)胞??梢岳斫獬赏ㄟ^調(diào)整細(xì)胞這個(gè)機(jī)器運(yùn)行所需的“程序”,使原本的干細(xì)胞轉(zhuǎn)變成了卵細(xì)胞。
最后,用類器官(一種在培養(yǎng)皿上生長的,結(jié)構(gòu)類似真實(shí)器官的細(xì)胞基團(tuán))培養(yǎng)該“卵細(xì)胞”,并用小鼠精子完成類似試管嬰兒技術(shù)的體外受精。這些“受精卵”被移植到雌性小鼠的子宮內(nèi)完成發(fā)育,產(chǎn)生幼崽。
“這項(xiàng)研究從原理上看,還是比較簡單的,實(shí)際上就是對‘誘導(dǎo)型干細(xì)胞’的應(yīng)用以及染色體的轉(zhuǎn)換問題。”馮學(xué)超介紹。
此外,有網(wǎng)友對“母鼠背靠背跟公鼠縫在一起,共享妊娠期血液微環(huán)境”的實(shí)驗(yàn)操作表示不解,認(rèn)為這樣的話“兩只公鼠產(chǎn)子”的標(biāo)題有夸大的嫌疑。
圖據(jù)Nature
事實(shí)上,通過手術(shù)將兩只小鼠的循環(huán)系統(tǒng)相連是一種常見的研究方法,但這種技術(shù)需要使用“裸鼠”,即被剝奪免疫功能的小鼠,否則小鼠將會(huì)對其他小鼠的血液產(chǎn)生免疫排斥而死亡?!啊蚕硌涵h(huán)境’其實(shí)是相當(dāng)難的,因?yàn)闀?huì)存在排異現(xiàn)象。但是確實(shí)有可能性。”馮學(xué)超稱,“兩只公鼠產(chǎn)子”實(shí)際上是一個(gè)遺傳學(xué)上的判斷,因?yàn)樽哟∈蟮倪z傳物質(zhì),也就是DNA,完全來自于兩只公鼠。
馮學(xué)超表示,從實(shí)際應(yīng)用上來看,僅憑兩只公鼠確實(shí)無法完成所有過程,需要有母鼠代孕,“所以說‘兩只公鼠產(chǎn)仔’其實(shí)不太準(zhǔn)確的。”
專家:
最大突破是實(shí)現(xiàn)了染色體的轉(zhuǎn)換
要走上實(shí)際臨床應(yīng)用“相當(dāng)難”
“其實(shí)體細(xì)胞誘導(dǎo)成為干細(xì)胞在很多年前就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了,日本科學(xué)家此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)最大的突破點(diǎn)主要是實(shí)現(xiàn)了染色體的轉(zhuǎn)換?!瘪T學(xué)超告訴紅星新聞?dòng)浾摺?br>馮學(xué)超認(rèn)為,這項(xiàng)研究存在一定的局限性,“不可能原封不動(dòng)照搬到人的身上。一方面是編程的與人體內(nèi)發(fā)育的體細(xì)胞差別是很大的,還有很多缺陷存在;另一方面X染色體轉(zhuǎn)換的成功率是很低的。”
眾所周知,生物學(xué)前端技術(shù)用于臨床是一個(gè)相當(dāng)漫長的過程,這里的漫長不僅僅是來自技術(shù)攻關(guān)的困難,也來自整個(gè)社會(huì)在倫理上的接受。據(jù)媒體報(bào)道,峰會(huì)上,研究人員除了討論CRISPR/Cas9等技術(shù)治療遺傳疾病的最新進(jìn)展,也重點(diǎn)關(guān)注了基因編輯技術(shù)的倫理問題和政策監(jiān)管。
“受制于技術(shù)和倫理的雙重壓力,這項(xiàng)技術(shù)要走上應(yīng)用,特別是臨床應(yīng)用,是相當(dāng)難的?!瘪T學(xué)超稱。
據(jù)報(bào)道,林克彥教授表示,該研究的主要?jiǎng)訖C(jī)是希望能夠?yàn)轭净疾辉胁挥Y的夫妻提供一種生育治療方法,例如患有特納綜合征的婦女,她們拷貝的X染色體有一整個(gè)或部分缺失的情況。
“如果是作為基礎(chǔ)研究,這項(xiàng)技術(shù)還是很值得推進(jìn)的?!瘪T學(xué)超指出,但如果要運(yùn)用到臨床治療,“通過來源于女性的體細(xì)胞,對于不孕不育癥的臨床研究可能作用更大?!?br>
資料配圖 據(jù)圖蟲創(chuàng)意
由于人工創(chuàng)造生命的技術(shù)有被濫用的可能,馮學(xué)超認(rèn)為,一方面國家在立法上需要“下重拳”,只有合理、進(jìn)步的法律才能推進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步,從而使科學(xué)技術(shù)不會(huì)變成“潘多拉魔盒”;另一方面,對于科研工作者來說,需要有自覺性,“必須自覺抵制那些可能對人類帶來毀滅性打擊的技術(shù)?!?br>中國科學(xué)院動(dòng)物研究所干細(xì)胞與生殖生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、基因工程技術(shù)研究組組長王皓毅教授在接受媒體采訪時(shí)也表示,在考慮將該技術(shù)應(yīng)用于臨床之前,還有很長的路要走。
“科學(xué)家從不說永遠(yuǎn),原則上,實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在老鼠身上完成了,當(dāng)然它也可能在人類身上實(shí)現(xiàn)。但我可以預(yù)見到未來(該技術(shù))會(huì)遇到很多挑戰(zhàn),我無法預(yù)測(克服它們)將花費(fèi)多少年?!蓖躔┮惴Q。
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