在上述3種水平上,增殖並分離獲得單壹的克隆群稱為克隆化。此時,克隆壹詞也可作為動詞理解。克隆是重組DNA技術的核心部分。事實上,克隆技術現已被人們用來通過營養方式繁殖病毒等微生物和植物的純種,從而保證了這些生物基因組的準確連續性。現在,克隆這個詞還包括單個自主遺傳因子的分離與保存。細胞生物的克隆只需要營養培養基,而基因的克隆則需要某種載體復制子、特定的寄主細胞和營養培養基。各種類型生物的克隆技術在生物工程中均有其重要作用。
“克隆”是從英文“clone”音譯而來,在生物學領域有3個不同層次的含義。
1.在分子水平,克隆壹般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含義是將某壹特定DNA片斷通過重組DNA技術插入到壹個載體(如質粒和病毒等)中,然後在宿主細胞中進行自我復制所得到的大量完全相同的該DNA片斷的“群體”。
2.在細胞水平,克隆實質由壹個單壹的***同祖先細胞分裂所形成的壹個細胞群體。其中每個細胞的基因都相同。比如,使壹個細胞在體外的培養液中分裂若幹代所形成的壹個遺傳背景完全相同的細胞集體即為壹個細胞克隆。又如,在脊椎動物體內,當有外源物(如細菌或病毒)侵入時,會通過免疫反應產生特異的識別抗體。產生某壹特定抗體的所有漿細胞都是由壹個B細胞分裂而成,這樣的壹個漿細胞群體也是壹個細胞克隆。細胞克隆是壹種低級的生殖方式-無性繁殖,即不經過兩性結合,子代和親代具有相同的遺傳性。生物進化的層次越低,越有可能采取這種繁殖方式。
3.在個體水平,克隆是指基因型完全相同的兩個或更多的個體組成的壹個群體。比如,兩個同卵雙胞胎即為壹個克隆!因為他(她)們來自同壹個卵細胞,所以遺傳背景完全壹樣。按此定義,“多利”並不能說成是壹個克隆!因為“多利”只是孤單的壹個。只有當那些英國胚胎學家能將兩個以上完全相同的細胞核移植到兩個以上完全相同的去核卵細胞中,得到兩個以上遺傳背景完全相同的“多利”時才能用克隆這個詞來描述。所以在那篇發表於1997年2月出版在《Nature》雜誌上的轟動性論文中,作者並沒有把“多利”說成是壹個克隆。
另外,克隆也可以做動詞用,意思是指獲得以上所言DNA、細胞或個體群體的過程。
二、克隆技術
1.DNA克隆
現在進行DNA克隆的方法多種多樣,其基本過程如下圖所示(未按比例)
可見,這樣得到的DNA可以應用於生物學研究的很多方面,包括對特異DNA的堿基順序的分析和處理,以及生物技術工業中有價值蛋白質的大量生產等等。
2.生物個體的克隆
(1)植物個體的克隆
在20世紀50年代,植物學家用胡蘿蔔為模型材料,研究了分化的植物細胞中遺傳物質是否丟失問題,他們驚奇地發現,從壹個單壹已經高度分化的胡蘿蔔細胞
可以發育形成壹棵完整的植株!由此,他們認為植物細胞具有全能性。從壹棵胡蘿蔔中的兩個以上的體細胞發育而成的胡蘿蔔群體的遺傳背景完全壹樣,故為壹個克隆。如此的植物的克隆過程是壹個完全的無性繁殖過程!
(2)動物個體的克隆
① “多利”的誕生
1997年2月27日英國愛丁堡羅斯林(Roslin)研究所的伊恩·維爾莫特科學研究小組向世界宣布,世界上第壹頭克隆綿羊“多利”(Dolly)誕生,這壹消息立刻轟動了全世界。
“多莉”的產生與三只母羊有關。壹只是懷孕三個月的芬蘭多塞特母綿羊,兩只是蘇格蘭黑面母綿羊。芬蘭多塞特母綿羊提供了全套遺傳信息,即提供了細胞核(稱之為供體);壹只蘇格蘭黑面母綿羊提供無細胞核的卵細胞;另壹只蘇格蘭黑面母綿羊提供羊胚胎的發育環境——子宮,是“多莉”羊的“生”母。其整個克隆過程簡述如下:
從芬蘭多塞特母綿羊的乳腺中取出乳腺細胞,將其放入低濃度的營養培養液中,細胞逐漸停止了分裂,此細胞稱之為供體細胞;給壹頭蘇格蘭黑面母綿羊註射促性腺素,促使它排卵,取出未受精的卵細胞,並立即將其細胞核除去,留下壹個無核的卵細胞,此細胞稱之為受體細胞;利用電脈沖的方法,使供體細胞和受體細胞發生融合,最後形成了融合細胞,由於電脈沖還可以產生類似於自然受精過程中的壹系列反應,使融合細胞也能象受精卵壹樣進行細胞分裂、分化,從而形成胚胎細胞;將胚胎細胞轉移到另壹只蘇格蘭黑面母綿羊的子宮內,胚胎細胞進壹步分化和發育,最後形成壹只小綿羊。出生的“多莉”小綿羊與多塞特母綿羊具有完全相同的外貌。
壹年以後,另壹組科學家報道了將小鼠卵丘細胞(圍繞在卵母細胞外周的高度分化細胞)的細胞核移植到去除了細胞核的卵母細胞中得到20多只發育完全的小鼠。如呆“多利”因為只有壹只,還不夠叫做克隆羊的話,這些小鼠
就是名副其實的克隆鼠了。
② 通過細胞核移植克隆小鼠的基本過程
在本實驗中,卵丘細胞是經如下過程得到的:通過連續幾次註射絨毛膜促性腺激素,使雌鼠誘導成高產卵量狀態。然後從雌鼠輸卵管中收集卵丘細胞與卵母細胞的復合體。經透明質酸處理使卵丘細胞散開。選擇直徑為10-12微米的卵丘細胞用作細胞核供體(前期實驗表明,若用直徑更小或更大的卵丘細胞的細胞核,經過細胞核移植的卵母細胞很少發育到8細胞期)。所選擇的卵丘細胞保持在壹定的溶液環境中,在3小時內進行細胞核移植(與此不同的是,在獲得“多利”時用作細胞核供體的乳腺細胞先在培養液中傳代了3-6次)
卵母細胞(壹般處於減數分裂中期 II )通過與上面描述類似的方法,從不同種的雌鼠中收集。在顯微鏡下小心地用直徑大約7微米的細管取出卵母細胞的細胞核,盡量不取出細胞質。同樣小心取出卵丘細胞的細胞核,也盡量去除所帶的細胞質(通過使取出的細胞核在玻璃管中往復運動數次,以去除所帶的少量的細胞質)。在細胞核被取出後5分鐘之內,直接註射到已經去除了細胞核的卵母細胞中。進行了細胞核移植的卵母細胞先放在壹種特制的溶液中1-6小時,然後加入二價的鍶離子(Sr2+)和細胞分裂抑素B。前者使卵母細胞激活,後者抑制極體的形成和染色體的排除。再取出處理過的卵母細胞,放在沒有鍶和細胞分裂抑素B的特制的溶液中使細胞分裂形成胚胎。
不同階段的胚胎(從2細胞期到胚泡期)被分別植入幾天前與已經結紮雄鼠交配過的假孕母鼠的輸卵管或子宮中發育。發育完全的胎兒鼠在大約19天後通過手術取出。
目前胚胎細胞核移植克隆的動物有小鼠、兔、山羊、綿羊、豬、牛和猴子等。在中國,除猴子以外,其他克隆動物都有,也能連續核移植克隆山羊,該技術比胚胎分割技術更進壹步,將克隆出更多的動物。因胚胎分割次數越多,每份細胞越少,發育成的個體的能力越差。體細胞核移植克隆的動物只有壹個,就是“多利”羊。
三、克隆技術的福音
1. 克隆技術與遺傳育種
在農業方面,人們利用“克隆”技術培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病蟲害的優質高產品種,大大提高了糧食產量。在這方面我國已邁入世界最先進的前列。
2. 克隆技術與瀕危生物保護
克隆技術對保護物種特別是珍稀、瀕危物種來講是壹個福音,具有很大的應用前景。從生物學的角度看,這也是克隆技術最有價值的地方之壹。
3. 克隆技術與醫學
在當代,醫生幾乎能在所有人類器官和組織上施行移植手術。但就科學技術而言,器官移植中的排斥反應仍是最為頭痛的事。排斥反應的原因是組織不配型導致相容性差。如果把“克隆人”的器官提供給“原版人”,作器官移植之用,則絕對沒有排斥反應之慮,因為二者基因相配,組織也相配。問題是,利用“克隆人”作為器官供體合不合乎人道?是否合法?經濟是否合算?
克隆技術還可用來大量繁殖有價值的基因,例如,在醫學方面,人們正是通過“克隆”技術生產出治療糖尿病的胰島素、使侏儒癥患者重新長高的生長激素和能抗多種病毒感染的幹撓素,等等。
回答者:匿名 3-16 19:06
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克隆是英文 clone的音譯,簡單講就是壹種人工誘導的無性繁殖方式。但克隆與無性繁殖是不同的。無性繁殖是指不經過雌雄兩性生殖細胞的結合、只由壹個生物體產生後代的生殖方式,常見的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、莖、葉等經過壓條、扡插或嫁接等方式產生新個體也叫無性繁殖。綿羊、猴子和牛等動物沒有人工操作是不能進行無性繁殖的。科學家把人工遺傳操作動、植物的繁殖過程叫克隆,這門生物技術叫克隆技術。
克隆技術的設想是由德國胚胎學家於1938年首次提 出的,1952年,科學家首先用青蛙開展克隆實驗,之後不斷有人利用各種動物進行克隆技術研究。由於該項技術幾乎沒有取得進展,研究工作在80年代初期壹度進入低谷。 後來,有人用哺乳動物胚胎細胞進行克隆取得成功。 1996年7月5日,英國科學家伊恩·維爾穆特博士用成年羊體細胞克隆出壹只活產羊,給克隆技術研究帶來了重大突破,它突破了以往只能用胚胎細胞進行動物克隆的技術難 關,首次實現了用體細胞進行動物克隆的目標,實現了更高意義上的動物復制。研究克隆技術的目標是找到更好的辦法改變家畜的基因構成,培育出成群的能夠為消費者提供可能需要的更好的食品或任何化學物質的動物。
克隆的基本過程是先將含有遺傳物質的供體細胞的核移 植到去除了細胞核的卵細胞中,利用微電流刺激等使兩者融合為壹體,然後促使這壹新細胞分裂繁殖發育成胚胎,當胚胎發育到壹定程度後(羅斯林研究所克隆羊采用的時間約為 6天)再被植入動物子宮中使動物懷孕使可產下與提供細胞 者基因相同的動物。這壹過程中如果對供體細胞進行基因改造,那麽無性繁殖的動物後代基因就會發生相同的變化。培育成功三代克隆鼠的“火奴魯魯技術”與克隆多利羊技術的主要區別在於克隆過程中的遺傳物質不經過培養液的培養,而是直接用物理方法註入卵細胞。這壹過程中采用化學刺激法代替電刺激法來重新對卵細胞進行控制。1998年7月 5日,日本石川縣畜產綜合中心與近畿大學畜產學研究室的科學家宣布,他們利用成年動物體細胞克隆的兩頭牛犢誕生。這兩頭克隆牛的誕生表明克隆成年動物的技術是可重復的。
當蘇格蘭的羅斯林研究所1996年利用克隆技術克隆出小羊多利後,這壹成果立即被譽為本世紀最重大的也是最有爭論的科技突破之壹。這壹突破帶來的好處是顯而易見的。 利用這壹技術可以在搶救珍奇瀕危動物、復制優良家畜個體、 擴大良種動物群體、提高畜群遺傳素質和生產性能、提供足量試驗動物、推進轉基因動物研究、攻克遺傳性疾病、研制 高水平新藥、生產可供人移植的內臟器官等研究中發揮作用。
在肯定了這種技術的正面作用的同時,人們更大程度上表示了對這種技術的擔憂,他僑銜?綣?褂貌壞保?庵旨際蹩贍芏隕?肪巢?て詰牟渙加跋歟?恍┛蒲Ъ胰銜? 果在畜牧業中大量推廣這種無性繁殖技術,很可能破壞生態平衡,導致壹些疾病的大規模傳播;如果將其應用在人類自身的繁殖上,將產生巨大的倫理危機。
克隆羊多莉的身份被披露後,美國俄勒岡科學家也證實他們於1996年8月已經利用克隆胚胎培育出猴子;又有傳說,比利時壹醫生已無意中克隆出壹個男孩。盡管比利時科學家否認克隆人的報道,但是各國政府對克隆技術在法律 和倫理方面可能造成的影響非常重視,美、德、法、英、加 等國紛紛成立專家小組研究這壹問題,科學家們也要求對這 壹領域的研究加以限制。世界衛生組織總幹事中島宏和歐盟委員會負責科研的委員1997年3月11日分別發表聲明 和談話,表示反對進行人體克隆試驗。目前各國對這項技術較為壹致的看法是制定法律加強對這種技術的管理,並嚴禁用它復制人類。克隆出小羊多利的英國科學家維爾穆特也說, 用來克隆多利的那種技術效率極低,在他成功克隆出多利之前該技術曾導致先天缺損動物的出生。將這種技術用於人類 是“非常不人道的”。
中國政府也十分重視克隆技術及其提出的相關問題,國家科委和農業部等部門已多次召開有各方面專家參加的研討、 座談會,並就有關問題達成***識。專家們認為,動物克隆技術的成功是科學研究上的壹個重大事件,它既有有益的壹面, 又有不利的可能,必須采取措施加以規範,嚴格控制住有害的壹面,使這項技術造福於人類。
1997年11月11日,聯合國教科文組織第29屆 大會在巴黎通過壹項題為《世界人類基因組與人權宣言》的文件,明確反對用克隆技術繁殖人。文件指出,應當利用生物學、遺傳學和醫學在人類基因組研究方面的成果,但是, 這咱研究必須以維護和改善公眾的健康狀況為目的,違背人 的尊嚴的作法,如用克隆技術繁殖人的作法,是不能允許的。
1998年1月12日,歐洲19個國家在法國巴黎簽署了壹項嚴格禁止克隆人的協議(european protocol on banning human cloning)。這是國際上第壹個禁止克隆人的 法律文件,是對《歐洲生物醫學條約》的補充。這項禁止克 隆人協議規定,禁止各簽約國的研究機構或個人使用任何技術創造與壹活人或死人基因相似的人,否則予以重罰。違反協議的研究人員和醫生將被禁止從事研究和行醫,有關研究 所或醫院的執照將被吊銷。如果簽約國研究機構或個人在歐洲以外地區進行這類活動也將追究法律責任。在協議上簽字的國家有法國、丹麥、立陶宛、芬蘭、希臘、愛爾蘭、意大 利、拉脫維亞、盧森堡、摩爾多瓦、挪威、葡萄牙、羅馬尼 亞、斯洛文尼亞、西班牙、瑞典、馬其頓、土耳其和聖馬力諾。
克隆技術的發展
克隆,是Clone的譯音,意為無性繁殖,克隆技術即無性繁殖技術。前不久報道的英國羅斯林研究所試驗成功的克隆羊多利,是首次利用體細胞克隆成功的,它在生物工程史上揭開了新的壹頁。
克隆技術已經歷了三個發展時期:
第壹個時期是微生物克隆,即由壹個細菌復制出成千上萬個和它壹模壹樣的細菌而變成壹個細菌群。
第二個時期是生物技術克隆,如DNA克隆。
第三個時期就是動物克隆,即由壹個細胞克隆成壹個動物。
在自然界,有不少植物具有先天的克隆本能,如番薯、馬鈴薯、玫瑰等插枝繁殖的植物。而動物的克隆技術,則經歷了由胚胎細胞到體細胞的發展過程。早在本世紀50年代,美國的科學家以兩棲動物和魚類作研究對象,首創了細胞核移植技術,他們研究細胞發育分化的潛能問題,細胞質和細胞核的相互作用問題。1986年英國科學家魏拉德森首次把胚胎細胞利用細胞核移植法克隆出壹只羊,以後又有人相繼克隆出牛、羊、鼠、兔、猴等動物。我國的克隆技術也頗有成就,80年代末,我國克隆出壹只兔,1991年西北農業大學發育研究所與江蘇農學院克隆羊成功,1993年中科院發育生物研究所與揚州大學農學院***同克隆出壹批山羊,1995年華南師大和廣西農大合作克隆出牛,接著中國農科院畜牧研究所於1996年克隆牛獲得成功。而美國最近克隆猴取得成功,日本科學家也聲稱他們繁殖出200多頭“克隆牛”。以上所述的克隆動物,都是用胚胎細胞作為供體細胞進行細胞核移植而獲得成功的。
1997年2月英國羅斯林研究所宣布克隆成功的小羊多利,是用乳腺上皮細胞作為供體細胞進行細胞核移植的,它翻開了生物克隆史上嶄新的壹頁,突破了利用胚胎細胞進行核移植的傳統方式,使克隆技術有了長足的進展。整個克隆過程如下:科學家選取了三只母羊,先將壹只母羊的卵細胞中所有遺傳物質吸出,然後將另壹只6歲母羊的乳腺細胞與之融合,形成壹個含有新遺傳物質的卵細胞,並促使它分裂發育成胚胎,當這壹胚胎生長到壹定程度時再將它植入第三只母羊的子宮中,由它孕育並產下克隆羊多利。多利酷像提供乳腺細胞的6歲母羊。 小羊多利是世界上第壹個利用體細胞克隆成功的動物。克隆多利的成功,從理論上說明了高度分化細胞,經過壹定手段處理之後,也可回復到受精卵時期的合子功能;說明了在發育過程中,細胞質對異源的細胞核的發育有調控作用。它對生物遺傳疾病的治療、優良品種的培育和擴群等提供了重要途徑,對物種的優化、瀕危動物的種質保存,對轉基因動物的擴群均有壹定作用。 自克隆小羊多利成功後,世界各國引起強烈的反響,有的看作福音,有的則視為禍水,筆者以為對新技術應采取支持態度,生物克隆取得突破,最大的好處是培養大量品質優良的家畜,豐富人們的物質生活,使畜牧業的成本降低,效率提高,還可提供某些藥物原料以提高人類免疫功能等等。在小羊多利之前,羅斯林研究所曾培育出壹只奶中含治療血友病藥物原料的轉基因羊,壹家公司以50萬英鎊的高價買去。如果利用體細胞大批“復制”這只羊,就可挽救更多患者的生命。另外,利用克隆技術可以大量復制珍稀動物,挽救瀕危物種,調節大自然的生態平衡,為人類造福,何來憂患呢?當然,克隆技術也可能帶來負面影響,壹些克隆動物在遺傳上是全等的,壹種特定病毒或其它疾病的感染,將會帶來災難,如果無計劃克隆動物,會擾亂物種的進化規律,幹擾性別比例,這種對生物界的人為控制會帶來許多意想不到的危害。但只要采取相應的研究對策,制訂科學的克隆計劃,這種負效應就可以避免。
至於克隆人,這是壹個沒有意義的研究課題,當代生物史證明,克隆技術只能復制出外貌特征相同的生物,不能克隆出被復制者原有的才能。人的思想才能受後天的制約。所以,即使有人能克隆出酷似歷史上的偉大領袖、偉大科學家那樣的人物,也僅在外貌上相同,卻缺乏偉大領袖、偉大科學家那樣的思想、氣質、才能,試問這樣的克隆具有什麽意義?至於有人主張克隆人以取得人體器官,用於醫學上人體器官的移植,這也是不可行的。因為克隆出來的人首先是壹個公民,他享有人權,如果克隆人不肯捐贈器官,妳發明者也不能侵犯人權。 至於克隆無頭的人,那也是不現實的,因為克隆人要生存,首先要吃飯,要思維,沒有頭顱是不可能的,我們總不能培植壹個無頭的植物人吧?而且,最重要的是克隆人不符合世情國情,當今世界人口急劇膨脹,不少國家已實行計劃生育,控制人口增長,在這種情況下怎麽拆巨資做違背社會發展規律的事呢?正如德國研究技術部長呂特格斯所說:“復制人類將不被允許,也壹定不會發生。” 目前,克隆技術在英國又有了新的進展,他們把這壹技術應用於人類造血事業。英國的PPL公司是克隆技術的經濟後臺,它的主管羅思詹姆斯博士說:“從研究多利中我們知道,我們可以用壹個細胞制造出壹只轉基因動物。我們現在正利用這壹技術生產人類血液中最重要的組成部分,也就是血漿。”他們與羅斯林研究所合作研究壹種帶有人類基因的牛和羊。他們先把動物體內的血漿取出,再取代人類的血漿,這種改變了基因的牛和羊體內就含有人類血漿的重要成分,通過對這些動物的飼養、再克隆或繁殖,就可以得到穩定可靠而且相對便宜的血資源,據統計在英國每年價值可達150英鎊。可謂效益匪淺。 克隆技術的前景不可估量