浅谈生物克隆技术及其未来应用问题与前景

《生物技术与人类健康》期末课程论文浅谈生物克隆技术及其未来应用问题与前景肖婷2012333500202浙江理工大学经管学院工商管理专业指导老师：解纯刚浙江理工大学生科学院【摘要】：随着生命科学时代的到来，基因研究已经取得了巨大的进展，克隆技术特别是人的克隆技术作为基因研究的重要组成部分，愈来愈引起社会各界的广泛关注。克隆技术作为人类的创造性活动，有其产生和存在的合理性，在诸多领域蕴藏巨大的应用潜力与巨大应用价值和广阔的发展前景。但克隆技术目前仍存在一些问题,如克隆技术对社会伦理和人类健康的影响。人类克隆技术的进步为人类带来的利益是巨大的,因而它的发展是难以阻止的。应对人类克隆技术带来的巨大挑战。【关键词】：克隆技术；利弊；社会影响；应用前景一、克隆是什么？克隆是英文Clone一词的音译，意为无性繁殖系，即通过无性繁殖（如细胞丝分裂）可连续传代并形成的群体，常用于细胞水平的描述。克隆的定义是指独立细胞繁殖系，指后代完全由一个细胞复制，具有完全相同的物遗传质。一个细菌经过20分钟左右就可一分为二；一根葡萄枝切成十段就可能变成十株葡萄；仙人掌切成几块，每块落地就生根；一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐茎，一年内就能长出数百株草莓苗。凡此种种，都是生物靠自身的一分为二或自身的一小部分的扩大来繁衍后代，这就是无性繁殖。时至今日，“克隆”的含义已不仅仅是“无性繁殖”，凡来自一个祖先，经过无性繁殖出的一群个体，也叫“克隆”。自然界的许多动物，在正常情况下都是依靠父方产生的雄性细胞（精子）与母方产生的雌性细胞（卵子）融合（受精）成受精卵（合子），再由受精卵经过一系列细胞分裂长成胚胎，最终形成新的个体。这种依靠父母双方提供性细胞、并经两性细胞融合产生后代的繁殖方法就叫做有性繁殖，但是，如果我们用外科手术将一个胚胎分割成两块，四块、八块……最后通过特殊的方法使一个胚胎长成两个、四个，八个……生物体，这些生物体就是克隆个体，而这些个体就叫做无性繁殖系。二、克隆技术是什么？克隆技术是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组织后代的过程。科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫克隆，这门生物技术叫克隆技术，含义是无性繁殖。克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”。一个克隆就是一个多细胞生物在遗传上与另外一个生物完全一样。克隆可以是自然克隆，例如由无性生殖或是由于偶然的原因产生两个遗传上完全一样的个体（就像同卵双生一样）。但是我们通常所说的克隆是指通过有意识的设计来产生的完全一样的复制。我们可将其研究或操作的对象分为基因克隆、细胞克隆和个体克隆三大类。克隆技术的进程与发展克隆技术经历了三个发展时期即微生物克隆、生物技术克隆和动物克隆。（1）微生物克隆：由一个细菌复制出成千上万和它一模一样的细菌而变成一个细菌群。（2）生物技术克隆：如DNA克隆。（3）动物克隆：即由一个细胞克隆成一个动物。1938年,国外就有人提出用成年动物的细胞核植入卵子法克隆哺乳动物的设想。1960年和1962年,英国牛津大学的科学家先后用非洲一种有爪的蟾蜍(非洲蟾蜍)进行克隆实验。1978年,我国著名科学家童第周成功地进行了克隆黑斑蛙的实验,他将黑斑蛙的红细胞核移入了事先去除了核的黑斑蛙的卵中,这种换核卵发育成了黑斑蛙的蝌蚪。1979年春,中国科学院武汉水生物研究所的科学家,用鲫鱼囊胚期的细胞进行培养,最后走卵孵出鱼苗。在成功克隆出了鲫鱼后,他们进行了用鲤鱼胚胎细胞核取代鲫鱼卵细胞核的的实验,最终培育出了长有“胡须”的“鲤鲫鱼”。两栖类动物和鱼类克隆成功后,科学家们开始了克隆哺乳动物的实验研究。美国和瑞典的科学家率先从灰色小鼠的胚胎细胞中取出细胞核,取代黑色小鼠受精卵细胞核,在试管中培养，然后再植入白色小鼠的子宫内,经过多次实验,最终白色小鼠生下3只小灰鼠。1984年,斯蒂思·威拉德森用胚胎细胞克隆出了一只羊,这是第一例得到证实的克隆哺乳动物。1996年,第一例用成年哺乳动物体细胞克隆出的哺乳动物个体-克隆羊多莉出世,开创了体细胞繁殖哺乳动物的成功先例。2003年5月28日,世界上第一例真正的自体克隆动物—不用代孕母亲母体自身繁育自己的体细胞克隆体的克隆动物诞生,这匹健康克隆马的出世,是世界上首例哺乳动物生下自己的克隆体。2003年8月,中国科学家在世界上首次采用克隆技术培育出含人、兔DNA混合物胚胎。2003年9月,美国克隆技术专家扎沃斯宣布他已克隆出了含人、牛DNA的混合胚胎。人与动物DNA混合胚胎的培育成功,为克服人类细胞染色体在克隆的“核移植”过程中常会出现的破坏和紊乱现象迈出了重要的一步。据提前出版的美国《连线》杂志披露,美国先进细胞技术公司的兰扎等人在不久前成功克隆了含16个细胞的人类早期胚胎,可以植入子宫繁殖后代。克隆技术的应用与实例动物克隆技术用于畜牡业生产：利用优良动物品种的体细胞作核供体克隆动物，大大缩短育、种年限，加速动物育种的进程。在动物杂种优势利用方面，可增强选育的种畜性状稳定，提高育种效率。生产转基因动物：转基因动物可作为医用器官移植的供体、生物反应器,以及用于家畜遗传改良,创建疾病实验模型等，体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命,而动物体细胞克隆技术则为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法：在体细胞克隆动物成功率低的情况下,利用ES细胞(embryonicstemcells)进行克隆可以增加成功率，因为ES是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型,来替代那些受损的体内组织,比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。通过克隆动物的胚胎干细胞作异源移植,可以解决人类移植器官供求矛盾。复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源：克隆技术在抢救濒危珍稀物种、保护生物多样性方面可发挥重要作用。以濒危稀有动物的体细胞为供核细胞进行种间核移植，可以解决对濒危稀有动物卵母细胞成熟不够、卵母细胞数量不足等问题。克隆技术与转基因技术结合：体细胞核移植技术和转基因技术的结合将对解决人类器官移植来源、医药生产和疾病治疗、生物学基础理论研究等具有非常重要的意义。目前,用基因打靶技术筛选出阳性细胞作供核体进行核移植,得到转基因动物。核移植可以通过鉴别核供体的核型而预先得知转基因动物的性别,可选择性地制备雌性的转基因动物,有利于在母乳中表达外源基因。神克隆菌：寄生菌(神克隆菌)是一种“以菌吃菌”来解决循环水的腐浆问题。神克隆菌是以寄生菌和非寄生菌复配的复合微生态制剂,该菌既能防治造纸腐浆,又能净化水质。神克隆菌中的噬菌蛭弧菌具有噬菌体的作用机制,能吞噬多种有害细菌,替代常规化学消毒剂防止腐浆、减少管道壁粘泥的作用,又有常规活菌对循环水进行生态修复的功能。如图1、图2。而现有微生态制剂为非寄生性活菌,只能分解有机物,不能吞噬有害细菌,并易产生腐浆。图1神克隆菌图2神克隆菌吞噬大肠杆菌克隆技术应用实例1965年生物学家童第周对金鱼、鲫鱼进行细胞核移植。1990年西北农业大学畜牧所克隆一只山羊。1992年江苏农科院克隆一只兔子。1993年中科院发育生物学研究所与扬州大学农学院携手合作，克隆一只山羊。1995年1.华南师范大学与广西农业大学合作，克隆一头奶牛和黄牛的杂种牛。2.西北农业大学畜牧所克隆六头猪。1996年1.湖南医科大学人类生殖工程研究所克隆六只老鼠。2.中国农科院畜牧所克隆一头公牛。1999年1.中国科学家周琪在法国获得卵丘细胞克隆小鼠，在国际上首次验证了小鼠成年体细胞克隆工作的可重复性，于2000年5月用胚胎干细胞克隆出小鼠“哈尔滨”，并于2000年10月获得第一只不采用“多莉羊”专利技术的克隆牛。2.中国科学院动物研究所研究员陈大元领导的小组将大熊猫的体细胞植入去核后的兔卵细胞中，成功地培育出了大熊猫的早期胚胎。1999年和2000年扬州大学与中科院发育所合作，用携带外源基因的体细胞克隆出转基因的山羊。2000年我国生物胚胎专家张涌在西北农林科技大学种羊场接生了一只雌性体细胞克隆山羊“阳阳”。“阳阳”经自然受孕产下一对混血儿女，“阳阳”的生产可以证明体细胞克隆山羊和胚胎克隆山羊具有与普通山羊一样的生育繁殖能力。2001年：使用成年动物体细胞克隆猫和兔子成功。2002年我国首批成年体细胞克隆牛群体诞生。克隆技术的利与弊利：1．克隆技术与遗传育种在农业方面，人们利用“克隆”技术培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病虫害的优质高产品种，大大提高了粮食产量。在这方面我国已迈入世界最先进的前列。2．克隆技术与濒危生物保护克隆技术对保护物种特别是珍稀、濒危物种来讲是一个福音，具有很大的应用前景。从生物学的角度看，这也是克隆技术最有价值的地方之一。3．克隆技术与医学在当代，医生几乎能在所有人类器官和组织上施行移植手术。但就科学技术而言，器官移植中的排斥反应仍是最为头痛的事。排斥反应的原因是组织不配型导致相容性差。如果把“克隆人”的器官提供给“原版人”，作器官移植之用，则绝对没有排斥反应之虑，因为二者基因相配，组织也相配。克隆技术还可用来大量繁殖有价值的基因例如，在医学方面，人们正是通过“克隆”技术生产出治疗糖尿病的胰岛素、使侏儒症患者重新长高的生长激素和能抗多种病毒感染的干挠素，等等。弊（存在的问题）：1、克隆效率太低,克隆动物早衰严重：克隆动物健康问题很多,克隆动物早衰、存活率低现象是当今核移植技术的最大缺陷，世界各地的克隆动物流产、夭折、畸形现象都非常严重。核移植总体效率低,一般仅为1%~6%。重组胚胎的形态、发育潜能与胚胎细胞凋亡,囊胚的内细胞团之间,内细胞团同滋养层细胞之间的关系与细胞数量的比例之间关系及发育机制需进一步深入研究。染色体异常与核移植胚胎的妊娠失败和克隆动物的先天性畸形之间的关系也尚不清楚。2、端粒问题：在正常生理条件下的体细胞随着分裂次数的增加,端粒会逐渐缩短。一系列的研究结果表明,克隆后代端粒长度有差别。端粒长度可能不是造成克隆动物高死亡率的原因。在胚胎发育过程中的端粒机制还有待进一步深入研究。3、重新编程的问题：重新编程的机制不明,缺乏基础理论支撑。有些学者认为卵母细胞内有重编程因子存在,也有学者认为,MPF(maturationpromotingfactor)和有丝分裂原激活蛋白激酶的活性与重编程没有直接调控关系。重编程程度尚不足以支持着床后胚胎的发育,需进一步探索核移植后重编程对克隆成功的影响因素。4、基因印迹机理不清：基因印迹(imprinting)是同源染色体上基因表达活性不同的遗传现象。基因印迹现象在哺乳动物的发育过程中普遍存在,它与胚胎的生长发育和胎盘功能等都有关系。合子前不完全重新编程，影响着印迹基因和大多数非印迹基因的表达,从而导致克隆动物异常。基因印迹对核移植后基因组重新编程的影响业尚不明确，基因印迹与动物克隆技术的成功及关系值得深入研究。5、克隆技术条件：动物克隆研究已在理论基础、技术优化及实际应用等方面取得很大进展,但该技术目前还很不完善,克隆机理性的相关理论研究还很薄弱。动物克隆技术的不断完善,还需要分子遗传学、细胞学、发育生物学等相关基础学科的进一步研究和发展。因此,要提高动物克隆的成功率尚需不懈的努力。克隆人技术所引发的的问题从社会伦理角度看，克隆人是对人类发展的一种过强的干预，可能影响人种的自然构成和自然发展；从家庭伦理角度看，会加剧家庭多元化倾向，瓦解正常的人伦秩序，改变人的亲系关系，丧失基本的归属感；从性伦理学角度看，这完全改变了人类自然的、基于性爱的生育方式，使人口的产生与性爱分离，不利于人类的感情；从生命伦理学角度看，破坏了人拥有独特基因的权利，有可能导致人种的退化，还会使正常的生与死的观念发生动摇。

对此，克隆人一直遭到全世界绝大多数人的反对。人们会认为克隆人的身份难以认定，他们与被克隆者之间的关系无法纳入现有的伦理体系；其次，人类繁殖后代的过程不再需要两性共同参与，这将对现有的社会关系、家庭结构造成难以承受的巨大冲击；第三，克隆人技术可能会被滥用，成为恐怖分子的工具；第四，从生物多样性上来说，大量基因结构