淺談生物克隆技術(shù)及其未來應(yīng)用問題與前景

《生物技術(shù)與人類健康》期末課程論文淺談生物克隆技術(shù)及其未來應(yīng)用問題與前景肖婷2012333500202浙江理工大學(xué)經(jīng)管學(xué)院工商管理專業(yè)指導(dǎo)老師：解純剛浙江理工大學(xué)生科學(xué)院【摘要】：隨著生命科學(xué)時(shí)代的到來，基因研究已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展，克隆技術(shù)特別是人的克隆技術(shù)作為基因研究的重要組成部分，愈來愈引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注?？寺〖夹g(shù)作為人類的創(chuàng)造性活動(dòng)，有其產(chǎn)生和存在的合理性，在諸多領(lǐng)域蘊(yùn)藏巨大的應(yīng)用潛力與巨大應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。但克隆技術(shù)目前仍存在一些問題,如克隆技術(shù)對(duì)社會(huì)倫理和人類健康的影響。人類克隆技術(shù)的進(jìn)步為人類帶來的利益是巨大的,因而它的發(fā)展是難以阻止的。應(yīng)對(duì)人類克隆技術(shù)帶來的巨大挑戰(zhàn)?！娟P(guān)鍵詞】：克隆技術(shù)；利弊；社會(huì)影響；應(yīng)用前景一、克隆是什么？克隆是英文Clone一詞的音譯，意為無性繁殖系，即通過無性繁殖（如細(xì)胞絲分裂）可連續(xù)傳代并形成的群體，常用于細(xì)胞水平的描述?？寺〉亩x是指獨(dú)立細(xì)胞繁殖系，指后代完全由一個(gè)細(xì)胞復(fù)制，具有完全相同的物遺傳質(zhì)。一個(gè)細(xì)菌經(jīng)過20分鐘左右就可一分為二；一根葡萄枝切成十段就可能變成十株葡萄；仙人掌切成幾塊，每塊落地就生根；一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐莖，一年內(nèi)就能長(zhǎng)出數(shù)百株草莓苗。凡此種種，都是生物靠自身的一分為二或自身的一小部分的擴(kuò)大來繁衍后代，這就是無性繁殖。時(shí)至今日，“克隆”的含義已不僅僅是“無性繁殖”，凡來自一個(gè)祖先，經(jīng)過無性繁殖出的一群個(gè)體，也叫“克隆”。自然界的許多動(dòng)物，在正常情況下都是依靠父方產(chǎn)生的雄性細(xì)胞（精子）與母方產(chǎn)生的雌性細(xì)胞（卵子）融合（受精）成受精卵（合子），再由受精卵經(jīng)過一系列細(xì)胞分裂長(zhǎng)成胚胎，最終形成新的個(gè)體。這種依靠父母雙方提供性細(xì)胞、并經(jīng)兩性細(xì)胞融合產(chǎn)生后代的繁殖方法就叫做有性繁殖，但是，如果我們用外科手術(shù)將一個(gè)胚胎分割成兩塊，四塊、八塊……最后通過特殊的方法使一個(gè)胚胎長(zhǎng)成兩個(gè)、四個(gè)，八個(gè)……生物體，這些生物體就是克隆個(gè)體，而這些個(gè)體就叫做無性繁殖系。二、克隆技術(shù)是什么？克隆技術(shù)是利用生物技術(shù)由無性生殖產(chǎn)生與原個(gè)體有完全相同基因組織后代的過程?？茖W(xué)家把人工遺傳操作動(dòng)物繁殖的過程叫克隆，這門生物技術(shù)叫克隆技術(shù)，含義是無性繁殖?？寺〖夹g(shù)在現(xiàn)代生物學(xué)中被稱為“生物放大技術(shù)”。一個(gè)克隆就是一個(gè)多細(xì)胞生物在遺傳上與另外一個(gè)生物完全一樣。克隆可以是自然克隆，例如由無性生殖或是由于偶然的原因產(chǎn)生兩個(gè)遺傳上完全一樣的個(gè)體（就像同卵雙生一樣）。但是我們通常所說的克隆是指通過有意識(shí)的設(shè)計(jì)來產(chǎn)生的完全一樣的復(fù)制。我們可將其研究或操作的對(duì)象分為基因克隆、細(xì)胞克隆和個(gè)體克隆三大類?？寺〖夹g(shù)的進(jìn)程與發(fā)展克隆技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展時(shí)期即微生物克隆、生物技術(shù)克隆和動(dòng)物克隆。（1）微生物克?。河梢粋€(gè)細(xì)菌復(fù)制出成千上萬和它一模一樣的細(xì)菌而變成一個(gè)細(xì)菌群。（2）生物技術(shù)克?。喝鏒NA克隆。（3）動(dòng)物克?。杭从梢粋€(gè)細(xì)胞克隆成一個(gè)動(dòng)物。1938年,國(guó)外就有人提出用成年動(dòng)物的細(xì)胞核植入卵子法克隆哺乳動(dòng)物的設(shè)想。1960年和1962年,英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家先后用非洲一種有爪的蟾蜍(非洲蟾蜍)進(jìn)行克隆實(shí)驗(yàn)。1978年,我國(guó)著名科學(xué)家童第周成功地進(jìn)行了克隆黑斑蛙的實(shí)驗(yàn),他將黑斑蛙的紅細(xì)胞核移入了事先去除了核的黑斑蛙的卵中,這種換核卵發(fā)育成了黑斑蛙的蝌蚪。1979年春,中國(guó)科學(xué)院武漢水生物研究所的科學(xué)家,用鯽魚囊胚期的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng),最后走卵孵出魚苗。在成功克隆出了鯽魚后,他們進(jìn)行了用鯉魚胚胎細(xì)胞核取代鯽魚卵細(xì)胞核的的實(shí)驗(yàn),最終培育出了長(zhǎng)有“胡須”的“鯉鯽魚”。兩棲類動(dòng)物和魚類克隆成功后,科學(xué)家們開始了克隆哺乳動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)研究。美國(guó)和瑞典的科學(xué)家率先從灰色小鼠的胚胎細(xì)胞中取出細(xì)胞核,取代黑色小鼠受精卵細(xì)胞核,在試管中培養(yǎng)，然后再植入白色小鼠的子宮內(nèi),經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),最終白色小鼠生下3只小灰鼠。1984年,斯蒂思·威拉德森用胚胎細(xì)胞克隆出了一只羊,這是第一例得到證實(shí)的克隆哺乳動(dòng)物。1996年,第一例用成年哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆出的哺乳動(dòng)物個(gè)體-克隆羊多莉出世,開創(chuàng)了體細(xì)胞繁殖哺乳動(dòng)物的成功先例。2003年5月28日,世界上第一例真正的自體克隆動(dòng)物—不用代孕母親母體自身繁育自己的體細(xì)胞克隆體的克隆動(dòng)物誕生,這匹健康克隆馬的出世,是世界上首例哺乳動(dòng)物生下自己的克隆體。2003年8月,中國(guó)科學(xué)家在世界上首次采用克隆技術(shù)培育出含人、兔DNA混合物胚胎。2003年9月,美國(guó)克隆技術(shù)專家扎沃斯宣布他已克隆出了含人、牛DNA的混合胚胎。人與動(dòng)物DNA混合胚胎的培育成功,為克服人類細(xì)胞染色體在克隆的“核移植”過程中常會(huì)出現(xiàn)的破壞和紊亂現(xiàn)象邁出了重要的一步。據(jù)提前出版的美國(guó)《連線》雜志披露,美國(guó)先進(jìn)細(xì)胞技術(shù)公司的蘭扎等人在不久前成功克隆了含16個(gè)細(xì)胞的人類早期胚胎,可以植入子宮繁殖后代?？寺〖夹g(shù)的應(yīng)用與實(shí)例動(dòng)物克隆技術(shù)用于畜牡業(yè)生產(chǎn)：利用優(yōu)良動(dòng)物品種的體細(xì)胞作核供體克隆動(dòng)物，大大縮短育、種年限，加速動(dòng)物育種的進(jìn)程。在動(dòng)物雜種優(yōu)勢(shì)利用方面，可增強(qiáng)選育的種畜性狀穩(wěn)定，提高育種效率。生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可作為醫(yī)用器官移植的供體、生物反應(yīng)器,以及用于家畜遺傳改良,創(chuàng)建疾病實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?，體細(xì)胞克隆的成功為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)掀起一場(chǎng)新的革命,而動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)則為迅速放大轉(zhuǎn)基因動(dòng)物所產(chǎn)生的種質(zhì)創(chuàng)新效果提供了技術(shù)可能。生產(chǎn)人胚胎干細(xì)胞用于細(xì)胞和組織替代療法：在體細(xì)胞克隆動(dòng)物成功率低的情況下,利用ES細(xì)胞(embryonicstemcells)進(jìn)行克隆可以增加成功率，因?yàn)镋S是具有形成所有成年細(xì)胞類型潛力的全能干細(xì)胞?？茖W(xué)家們一直試圖誘導(dǎo)各種干細(xì)胞定向分化為特定的組織類型,來替代那些受損的體內(nèi)組織,比如把產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞植入糖尿病患者體內(nèi)。通過克隆動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞作異源移植,可以解決人類移植器官供求矛盾。復(fù)制瀕危的動(dòng)物物種,保存和傳播動(dòng)物物種資源：克隆技術(shù)在搶救瀕危珍稀物種、保護(hù)生物多樣性方面可發(fā)揮重要作用。以瀕危稀有動(dòng)物的體細(xì)胞為供核細(xì)胞進(jìn)行種間核移植，可以解決對(duì)瀕危稀有動(dòng)物卵母細(xì)胞成熟不夠、卵母細(xì)胞數(shù)量不足等問題?？寺〖夹g(shù)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)結(jié)合：體細(xì)胞核移植技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的結(jié)合將對(duì)解決人類器官移植來源、醫(yī)藥生產(chǎn)和疾病治療、生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究等具有非常重要的意義。目前,用基因打靶技術(shù)篩選出陽性細(xì)胞作供核體進(jìn)行核移植,得到轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。核移植可以通過鑒別核供體的核型而預(yù)先得知轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的性別,可選擇性地制備雌性的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,有利于在母乳中表達(dá)外源基因。神克隆菌：寄生菌(神克隆菌)是一種“以菌吃菌”來解決循環(huán)水的腐漿問題。神克隆菌是以寄生菌和非寄生菌復(fù)配的復(fù)合微生態(tài)制劑,該菌既能防治造紙腐漿,又能凈化水質(zhì)。神克隆菌中的噬菌蛭弧菌具有噬菌體的作用機(jī)制,能吞噬多種有害細(xì)菌,替代常規(guī)化學(xué)消毒劑防止腐漿、減少管道壁粘泥的作用,又有常規(guī)活菌對(duì)循環(huán)水進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的功能。如圖1、圖2。而現(xiàn)有微生態(tài)制劑為非寄生性活菌,只能分解有機(jī)物,不能吞噬有害細(xì)菌,并易產(chǎn)生腐漿。圖1神克隆菌圖2神克隆菌吞噬大腸桿菌克隆技術(shù)應(yīng)用實(shí)例1965年生物學(xué)家童第周對(duì)金魚、鯽魚進(jìn)行細(xì)胞核移植。1990年西北農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧所克隆一只山羊。1992年江蘇農(nóng)科院克隆一只兔子。1993年中科院發(fā)育生物學(xué)研究所與揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院攜手合作，克隆一只山羊。1995年1.華南師范大學(xué)與廣西農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，克隆一頭奶牛和黃牛的雜種牛。2.西北農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧所克隆六頭豬。1996年1.湖南醫(yī)科大學(xué)人類生殖工程研究所克隆六只老鼠。2.中國(guó)農(nóng)科院畜牧所克隆一頭公牛。1999年1.中國(guó)科學(xué)家周琪在法國(guó)獲得卵丘細(xì)胞克隆小鼠，在國(guó)際上首次驗(yàn)證了小鼠成年體細(xì)胞克隆工作的可重復(fù)性，于2000年5月用胚胎干細(xì)胞克隆出小鼠“哈爾濱”，并于2000年10月獲得第一只不采用“多莉羊”專利技術(shù)的克隆牛。2.中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員陳大元領(lǐng)導(dǎo)的小組將大熊貓的體細(xì)胞植入去核后的兔卵細(xì)胞中，成功地培育出了大熊貓的早期胚胎。1999年和2000年揚(yáng)州大學(xué)與中科院發(fā)育所合作，用攜帶外源基因的體細(xì)胞克隆出轉(zhuǎn)基因的山羊。2000年我國(guó)生物胚胎專家張涌在西北農(nóng)林科技大學(xué)種羊場(chǎng)接生了一只雌性體細(xì)胞克隆山羊“陽陽”?！瓣栮枴苯?jīng)自然受孕產(chǎn)下一對(duì)混血兒女，“陽陽”的生產(chǎn)可以證明體細(xì)胞克隆山羊和胚胎克隆山羊具有與普通山羊一樣的生育繁殖能力。2001年：使用成年動(dòng)物體細(xì)胞克隆貓和兔子成功。2002年我國(guó)首批成年體細(xì)胞克隆牛群體誕生?？寺〖夹g(shù)的利與弊利：1．克隆技術(shù)與遺傳育種在農(nóng)業(yè)方面，人們利用“克隆”技術(shù)培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病蟲害的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種，大大提高了糧食產(chǎn)量。在這方面我國(guó)已邁入世界最先進(jìn)的前列。2．克隆技術(shù)與瀕危生物保護(hù)克隆技術(shù)對(duì)保護(hù)物種特別是珍稀、瀕危物種來講是一個(gè)福音，具有很大的應(yīng)用前景。從生物學(xué)的角度看，這也是克隆技術(shù)最有價(jià)值的地方之一。3．克隆技術(shù)與醫(yī)學(xué)在當(dāng)代，醫(yī)生幾乎能在所有人類器官和組織上施行移植手術(shù)。但就科學(xué)技術(shù)而言，器官移植中的排斥反應(yīng)仍是最為頭痛的事。排斥反應(yīng)的原因是組織不配型導(dǎo)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(duì)沒有排斥反應(yīng)之慮，因?yàn)槎呋蛳嗯?，組織也相配?？寺〖夹g(shù)還可用來大量繁殖有價(jià)值的基因例如，在醫(yī)學(xué)方面，人們正是通過“克隆”技術(shù)生產(chǎn)出治療糖尿病的胰島素、使侏儒癥患者重新長(zhǎng)高的生長(zhǎng)激素和能抗多種病毒感染的干撓素，等等。弊（存在的問題）：1、克隆效率太低,克隆動(dòng)物早衰嚴(yán)重：克隆動(dòng)物健康問題很多,克隆動(dòng)物早衰、存活率低現(xiàn)象是當(dāng)今核移植技術(shù)的最大缺陷，世界各地的克隆動(dòng)物流產(chǎn)、夭折、畸形現(xiàn)象都非常嚴(yán)重。核移植總體效率低,一般僅為1%~6%。重組胚胎的形態(tài)、發(fā)育潛能與胚胎細(xì)胞凋亡,囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)之間,內(nèi)細(xì)胞團(tuán)同滋養(yǎng)層細(xì)胞之間的關(guān)系與細(xì)胞數(shù)量的比例之間關(guān)系及發(fā)育機(jī)制需進(jìn)一步深入研究。染色體異常與核移植胚胎的妊娠失敗和克隆動(dòng)物的先天性畸形之間的關(guān)系也尚不清楚。2、端粒問題：在正常生理?xiàng)l件下的體細(xì)胞隨著分裂次數(shù)的增加,端粒會(huì)逐漸縮短。一系列的研究結(jié)果表明,克隆后代端粒長(zhǎng)度有差別。端粒長(zhǎng)度可能不是造成克隆動(dòng)物高死亡率的原因。在胚胎發(fā)育過程中的端粒機(jī)制還有待進(jìn)一步深入研究。3、重新編程的問題：重新編程的機(jī)制不明,缺乏基礎(chǔ)理論支撐。有些學(xué)者認(rèn)為卵母細(xì)胞內(nèi)有重編程因子存在,也有學(xué)者認(rèn)為,MPF(maturationpromotingfactor)和有絲分裂原激活蛋白激酶的活性與重編程沒有直接調(diào)控關(guān)系。重編程程度尚不足以支持著床后胚胎的發(fā)育,需進(jìn)一步探索核移植后重編程對(duì)克隆成功的影響因素。4、基因印跡機(jī)理不清：基因印跡(imprinting)是同源染色體上基因表達(dá)活性不同的遺傳現(xiàn)象?；蛴≯E現(xiàn)象在哺乳動(dòng)物的發(fā)育過程中普遍存在,它與胚胎的生長(zhǎng)發(fā)育和胎盤功能等都有關(guān)系。合子前不完全重新編程，影響著印跡基因和大多數(shù)非印跡基因的表達(dá),從而導(dǎo)致克隆動(dòng)物異常?；蛴≯E對(duì)核移植后基因組重新編程的影響業(yè)尚不明確，基因印跡與動(dòng)物克隆技術(shù)的成功及關(guān)系值得深入研究。5、克隆技術(shù)條件：動(dòng)物克隆研究已在理論基礎(chǔ)、技術(shù)優(yōu)化及實(shí)際應(yīng)用等方面取得很大進(jìn)展,但該技術(shù)目前還很不完善,克隆機(jī)理性的相關(guān)理論研究還很薄弱。動(dòng)物克隆技術(shù)的不斷完善,還需要分子遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的進(jìn)一步研究和發(fā)展。因此,要提高動(dòng)物克隆的成功率尚需不懈的努力。克隆人技術(shù)所引發(fā)的的問題從社會(huì)倫理角度看，克隆人是對(duì)人類發(fā)展的一種過強(qiáng)的干預(yù)，可能影響人種的自然構(gòu)成和自然發(fā)展；從家庭倫理角度看，會(huì)加劇家庭多元化傾向，瓦解正常的人倫秩序，改變?nèi)说挠H系關(guān)系，喪失基本的歸屬感；從性倫理學(xué)角度看，這完全改變了人類自然的、基于性愛的生育方式，使人口的產(chǎn)生與性愛分離，不利于人類的感情；從生命倫理學(xué)角度看，破壞了人擁有獨(dú)特基因的權(quán)利，有可能導(dǎo)致人種的退化，還會(huì)使正常的生與死的觀念發(fā)生動(dòng)搖。

對(duì)此，克隆人一直遭到全世界絕大多數(shù)人的反對(duì)。人們會(huì)認(rèn)為克隆人的身份難以認(rèn)定，他們與被克隆者之間的關(guān)系無法納入現(xiàn)有的倫理體系；其次，人類繁殖后代的過程不再需要兩性共同參與，這將對(duì)現(xiàn)有的社會(huì)關(guān)系、家庭結(jié)構(gòu)造成難以承受的巨大沖擊；第三，克隆人技術(shù)可能會(huì)被濫用，成為恐怖分子的工具；第四，從生物多樣性上來說，大量基因結(jié)構(gòu)