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赖良学:全球第一条基因编辑克隆犬的诞生
  新华网 ( 2017-09-14 10:15:17 ) 来源: 《环球》杂志
 

    我和我的团队成功培育出了中国第一只基因编辑克隆犬“龙龙”。“龙龙”是基因编辑技术与体细胞克隆技术完美结合的产物,这也是世界首例基因编辑克隆犬。

赖良学

  克隆羊“多莉”的诞生,标志着生物体通过体细胞进行无性繁殖的克隆技术成为现实。随后,克隆猪、克隆牛等纷纷问世。而犬被科学界普遍认为是最难克隆的动物之一。

  2017年5月28日,我和我的团队成功培育出了中国第一只基因编辑克隆犬“龙龙”。

“龙龙”为何物?

  基因编辑克隆犬与正常犬有什么区别呢?

  顾名思义,基因编辑克隆犬,首先它是一只基因编辑犬,即其基因组中的遗传信息已人为“编辑”过;其次,它还是一只克隆犬,即完全由体细胞发育而来,而不是正常的精子与卵子结合发育而来。与正常狗相比,体细胞克隆狗是没有“爸爸”、“妈妈”的,它只是另一只狗的“复制”体。基因编辑克隆犬是基因编辑与克隆技术相结合的产物,它不同于传统的体细胞克隆犬。传统体细胞克隆犬,其用于克隆的体细胞遗传信息是完整的,与正常犬无任何差别,而基因编辑克隆犬的遗传信息是不完整的,已经被人为“编辑”过。

  有了基因编辑技术,就可以构建各种疾病的动物模型,从而服务于对人类疾病的研究。再通过克隆技术本身所具有的优势,可以在短时间内获得大量具有相同遗传信息的个体。基因编辑犬完成后,筛选具有较好表型的基因编辑犬进行克隆,从而实现基因编辑犬的大量“复制”,即将CRISPR/Cas9基因编辑技术与克隆技术相结合,实现犬的基因编辑克隆。这样可以对犬的基因组进行编辑,又可以短期内获得大量同一基因编辑类型的克隆犬。“龙龙”就是基因编辑技术与体细胞克隆技术完美结合的产物,这也是世界首例基因编辑克隆犬。

基因编辑克隆犬的应用前景

  一是可以构建疾病模型。

  有了基因编辑技术及犬的体细胞克隆技术,我们可以构建犬的疾病模型,模拟人类疾病的发病过程,从而研究疾病的发病机理及疾病治疗的新药研究。比如,beagle犬是一种实验用犬,体型较小,在毒理学、药理药效学研究中运用很普遍,是药物临床试验前指定的实验动物。同时,犬有几百种遗传疾病与人类的遗传疾病相似,而且犬作为模式动物在核酸序列的保守性方面比小鼠更接近人。在基因编辑克隆犬出现之前,药物研究主要用于检测其安全性,有了犬的基因编辑克隆技术后,就可以获得各种疾病模型犬,从而可以对药物的有效性进行检测。

  此外,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,而且相比猪、猴子等动物,狗更温驯,配合度高。值得一提的是,在治疗帕金森症、自闭症、糖尿病等方面,也可以建立犬疾病模型,以进行药物筛选,推动新药的研制。

  二是可以克隆工作犬。

  除了疾病模型,克隆犬还有多种用途,首先是克隆优良工作犬,如搜救犬、缉毒犬、导盲犬等。这些犬有特殊的技能,遗传因素影响比较大,而训练起来又非常难。据报道,“9·11”事件中的“英雄”搜救犬,就曾被克隆出来。因此,有了犬的克隆技术之后,就可以对一些优秀的工作犬进行克隆,使它们的优秀性能得以保存下来。

  基因编辑技术还可以让工作犬具备某些特殊的工作技能,如借助基因编辑技术可以使狗具有抗疲劳的特性,奔跑能力更强,或是嗅觉变得更灵敏等。再通过克隆技术即可获得大量具有特殊性能的工作犬,从而可以减少大量培育及训练工作。

  三是可以克隆宠物犬。

  对爱养宠物的人来说,选择自己最喜欢的宠物犬将不再是奢侈的梦想。有报道显示,韩国有公司推出宠物克隆服务,每只克隆小狗的价值约为10万美元,价格不菲。狗的寿命大约1215年,若能实现宠物犬的克隆,将会实现宠物犬一生的陪伴。

成就与困难

  近年来,中国犬基因编辑技术不断发展,成果显著。2016年12月29日世界首例动脉粥样硬化疾病模型犬“苹果”诞生。不久,另一只APOE基因敲除犬“葫芦”诞生。

  “苹果”与“葫芦”的诞生标志着中国在犬的基因编辑方面已处于世界领先水平。之后研发人员用“苹果”的细胞进行体细胞克隆,多次实验后,2017年5月28日世界首例基因敲除体细胞克隆犬“龙龙”诞生。这标志着中国成为继韩国之后第二个独立自主掌握犬体细胞克隆技术的国家,同时首次实现犬基因敲除体细胞克隆。

  可以说,在犬基因编辑技术方面,中国已经有了相当的技术积累。尤其在犬的发情鉴定、卵母细胞获取等方面,我们拥有一整套成熟的方法。这些都是我们技术上的优势。犬基因编辑+体细胞克隆,其应用前景广阔,并且该项技术完全由我们独立自主掌握。

  同时,不可否认,目前我们的研究还有很多困难亟需突破。

  一是犬克隆技术难度大。主要原因是犬的生殖生理特点与其他动物不同,包括发情周期长、卵母细胞体内成熟、排卵数量少、胚胎体外培养及超数排卵技术不成熟等;同时,克隆本身效率也不高,这就需要一个较大规模的动物群体才能开展犬的基因编辑及克隆研究。而这些都增加了克隆犬的难度。

  二是研究基础薄弱。与国外相比,犬基因编辑及体细胞克隆相关的基础研究都相对薄弱,还有很多技术问题目前都无法解决;同时,资源的缺乏也使相关的研究困难重重。最主要的是人力资源的缺乏,从事犬基因编辑及克隆研究的人员较少,从而使得这方面的研究进展十分缓慢,需要国家在这方面做进一步的支持。

  (作者系中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员、“龙龙”项目负责人)

什么是基因编辑技术?

  要了解“龙龙”,首先要弄懂什么是基因编辑技术。基因编辑技术是指能够让人类对目标基因进行“编辑”,实现对特定DNA片段的敲除、敲入等。在过去几年中,以锌指核糖核酸酶(ZFN)和转录激活样效应因子核酸酶(TALEN)为代表的序列特异性核酸酶技术以其能够高效率地进行定点基因组编辑,在基础研究、基因治疗和遗传改良等方面展示出了巨大的潜力。而成簇规律间隔短回文重复(CRISPR/Cas9)技术问世以来,展现出其他基因编辑技术无法比拟的优势,技术不断改进后,更被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因。目前已成功在狗、牛、羊、猪、兔、小鼠、大鼠等动物及人类胚胎中实现基因编辑。

来源:2017年9月6日出版的《环球》杂志 第18期

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