揭秘世界首例基因编辑克隆犬中国诞生记:智商高,可批量生产

陈磊/科技日报

2017-07-07 21:53

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视频告诉你世界首例基因编辑克隆犬是怎样出生的(02:07)
在北京希诺谷生物科技有限公司的繁育实验室,一只黑白黄相间的小狗正吮吸着“母亲”的乳汁。不过,生下它的是代孕妈妈——一只普通的比格犬;它的供体细胞则来自世界首例人类基因编辑疾病模型犬“苹果”。
这条名叫“龙龙”的小狗可不简单。它是我国首例完全自主培育的体细胞克隆犬,更是世界首例基因编辑克隆犬。

世界首例基因编辑克隆犬“龙龙”
听了是不是很晕?通俗地讲,就是人们对狗敲入或敲除某个基因,对它“功能定制”;然后以其为模本进行复制或“批量”生产,即克隆。这在我国甚至世界还是头一次。
“这标志着我国成为继韩国之后,第二个独立掌握犬体细胞克隆技术的国家。”中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学研究员告诉科技日报记者。
通过“基因编辑+克隆”技术,狗可以根据需要变得“颜值”高智商高,嗅觉灵灵的,肌肉棒棒哒,扑咬能力杠杠的,还不怕苦不怕累。同时,这样的狗还可以“给我来一打”。
按此推论,“定制”动物就可以实现“批量”复制。
不过,细思恐极,“定制+克隆”会“复制”到人吗?这样的克隆产品会不会带来风险?“龙龙”究竟是怎么培育出来的?
带着这些问题,科技日报记者进行了独家采访。
基因编辑,神奇的剪刀
这是一个奇妙的故事。先从“龙龙”的供体“苹果”说起。“苹果”是一只比格公犬,出生于2016年12月29日,20天后,另外一只比格犬“葫芦”也顺利出生了。经过近半年的观察与检测,这两只幼犬都表现出一些动脉粥样硬化的典型症状,如脂类代谢发生紊乱、高血脂等,这正是研究人员希望看到的。“苹果”就此成为世界首例动脉粥样硬化疾病模型犬。
动脉粥样硬化是一种老年多发性疾病。在众多的发病因素中,有个叫做APOE的关键基因,对脂质的运输和代谢发挥主要作用。如果敲除犬的APOE基因,可使其血浆胆固醇升高,诱发粥样硬化病变。“苹果”得名也是缘于这个基因的读音。“苹果”和“葫芦”就是被敲除了这个基因。它俩本身也许有些不幸,但作为一种疾病模型动物,它们可以被人类用来研究疾病发生机理以及验证新药疗效。
克隆供体犬“苹果”
那么,如何让功能基因想要就要、想没就没呢?研究人员利用的是最近生物学上“红得发紫”的第三代最新基因编辑技术CRISPR/Cas9,它具有构建简单方便、基因打靶效率更高等特点。目前世界各国科学家已利用该技术成功培育出基因编辑牛、羊、猪、兔、小鼠、大鼠等动物以及人类胚胎。
在狗狗身上打主意,实现基因敲除,并非首次。2015年,赖良学取得世界首例基因打靶犬,通过敲除犬肌肉生长抑制素基因,让其比普通犬更加肌肉发达。其中一条狗也因此得名“大力神”。

基因敲除狗“大力神”(左)
该项科研成果为基因编辑犬的制备开辟了新方法。随后,希诺谷公司科研团队在赖良学带领下利用该技术,敲除犬APOE基因,首次将其应用于人类遗传疾病犬模型的培育,并取得成功。
好多动物被克隆,为什么狗剩下了
有了“苹果”后,研究人员就开始对它进行体细胞克隆。因为体细胞克隆技术能一次性培育出一批遗传背景一致、年龄相近的实验犬,便于更有效地筛选出疗效显著的新药,于是就有了“龙龙”。

代孕犬B超图像
其实,克隆并不是新鲜事。1996年第一只体细胞克隆绵羊“多莉”诞生后,小鼠、牛、山羊、猪、猫、兔、骡、马、大鼠等多种哺乳动物的体细胞克隆相继获得成功。但克隆犬却迟迟没做出来,因为犬被科学界普遍认为是最难克隆的动物之一。
“在模式动物中,犬比猪的应用历史更长,但由于犬克隆技术不成熟,犬的疾病模型工作也一直推展不开。”赖良学介绍。
体细胞克隆犬直到2005年才由韩国科学家黄禹锡成功制备。黄禹锡?对,没错,就是那个因干细胞造假跌下神坛的学术大牛,但他在克隆犬方面的贡献还是有目共睹的。他开发的克隆犬“独门绝技”让韩国足足“笑傲世界江湖”十几年。
犬的卵母细胞在输卵管成熟且质量较差,增加了克隆难度
但这个垄断终于被中国人打破了!希诺谷公司相继攻克了犬体细胞系建立、卵母细胞供体犬的发情鉴定等技术难题,建立了具有自主知识产权的犬体细胞克隆技术平台。“我们通过优化体细胞克隆技术平台,提高了犬克隆胚胎的着床效率。着床效率最高的一次是移植了7枚胚胎,有5枚胚胎成功着床,最终生了2只健康的克隆犬;而据韩国报道,出生一只克隆犬,最少要移植12枚胚胎。此外,我国克隆犬目前的怀孕率在50%左右,高于韩国。”从事此工作的冯冲博士介绍。
基因编辑+克隆=无限可能?
开发这样的技术有什么用?在中国农业大学动物医学院施振声教授看来,最重要的还是生物学的意义。“它使我们对生命科学特别是克隆技术的理解更加深刻。”
“基因编辑技术对动物性状干预,克服了克隆动物本身带来的生理缺陷,并按照人类意愿向更好更健康的方向发展。”赖良学说。
说了这么多,来句实在的吧!克隆这样的狗能干啥?
现在最主要的应用领域是疾病模型犬、工作犬和宠物犬。

世界首例基因编辑疾病模型犬“苹果”。科技日报记者 洪星摄
“基因编辑疾病模型犬具有很大优势,将有助于人类医药和遗传疾病的研究,同时也会促进兽医学发展。”施振声说,犬是非常理想和成熟的实验动物,与人类在营养代谢、生理解剖等方面有很多相似点,犬有900种遗传疾病,其中有400多种与人类遗传相似。而且狗温顺,易控制、易配合,是药筛的主要动物之一。
冯冲介绍,传统的制备犬疾病模型的主要方法是饲喂法、机械损伤法及免疫学方法等,就是在健康动物的基础上,采用特殊的方法诱导使其出现疾病表型;而对犬基因组进行基因编辑,其疾病症状为原发症状,表型持续时间长,且具有可遗传性,通过自然繁殖即可获得子代疾病模型犬。
“目前,已有一些药企与我们联系,公司预计2017年将获得自闭症等5至6种疾病模型犬。”希诺谷公司联合创始人米继东透露。
基因编辑克隆犬另一个应用领域,就是缉毒犬、搜救犬、军犬及导盲犬等工作犬市场。工作犬以前是通过自然繁育,好的品种选育困难,需求大成本高,一只工作犬的价格可以达到10万——100万元不等。但如果编辑后的狗能进行流水化“批量生产”的话,成本将会大大降下来。目前,韩国已经开辟了这一市场。

世界首例基因编辑克隆犬“龙龙”
“犬的寿命一般只有十几年,克隆犬可以从某种程度上延续主人对过世宠物犬的感情。”施振声介绍,在宠物犬克隆方面,韩国和美国已有先例。
在韩国,黄禹锡以各种方式赠送给个人或机构数百只克隆犬。米继东对中国克隆宠物犬市场也充满信心:“韩国克隆犬的价格是10万美金一只,我们凭借稳定的技术体系,再加上商业推广,达到一定规模后,有望将成本降到一半。”
不过,近几年,韩国也有企业开始进入中国克隆动物商业市场,中国本土企业能否分庭抗礼,让人拭目以待。
“定制+克隆”有风险吗?
基因编辑又叠加了克隆技术。这样的克隆产品会不会带来风险?这是否损害动物福利?
“对克隆动物进行研究和探索,是对生命技术探索的一部分。”赖良学研究员认为。
“基因编辑和克隆技术都存在科学和伦理的风险。”赖良学说,在科研层面,如克隆动物会存在发育异常甚至过早死亡的情况,对于这些问题,人类尚未深刻透彻地了解,也远远不知道答案,这正是值得科研人员探讨和研究的。

科研人员在实验室进行犬体细胞核移植实验。科技日报记者 洪星摄
“而在伦理特别是人胚胎克隆方面,世界各国都有严格的法律规定。人胚胎克隆只能在体外培养,严禁植入子宫,人生殖克隆是全世界禁止的,在美国从事这类活动是要判刑的。人胚胎克隆技术只可以应用于治疗性克隆等基础研究,这在一些国家是允许的。”
至于维护实验动物福利方面,培育出世界首例基因编辑克隆犬的希诺谷生物科技有限公司负责人赵建平介绍,我国对实验动物有严格的管理办法和规范,并有专门的管理机构,对小动物基本没有伤害。不过,他也指出,目前尚没有明确针对克隆实验动物的管理规范。
培育克隆犬,是这样促成的
近日,我国首例完全自主培育的体细胞克隆犬诞生了。值得关注的是,这只克隆犬是由一家民营生物科技创新企业利用自有资金、自主技术平台培育出来的。
起初,由于克隆犬技术长期被韩国垄断,该企业起初也与韩方沟通过,但对方不会转让此独家技术。中国能否做出自己的克隆犬?他们就此咨询克隆界泰斗陈大元研究员时,得到的答复是:“很难做,但可以试试。”于是,他们决定成立自己的科研团队从事基础研究。
其间,该公司与中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学研究员结成科研团队,终于用一年多的时间突破了克隆犬的技术瓶颈。
赖良学已做出了50余种基因修饰猪。他在2015年成功做出了基因打靶犬。“不过,这不是我主动做的,”他说了一个有趣的现象,“经常是别的科研单位或企业自己找上门的,他们提需求,我参与研发。”
“从科研到应用,还是要企业参与。推向市场很难,转化是重复的劳动,我的精力不在于此。”赖良学坦承,作为一个从事基础研究的科研人员,工作的兴奋点在于探索机理,“要做别人没做过的”,而非成果转化和商业推广。“如有需求提出来,我们可以形成一个产学研用的整体,让科技成果从实验室走向市场。”
“因此,科研人员和企业形成大合作,有稳定的团队,才会有高效的实验进度,才会有科研和市场的预期。”陈大元说。
(原标题:记者再访中国克隆犬繁育实验室,揭秘世界首例基因编辑克隆犬诞生细节)
责任编辑:蒋晨悦澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 基因编辑,克隆,实验,澎湃,澎湃新闻

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