关于克隆

Answer 1

“克隆”是从英文“clone”音译而来，在生物学领域有3个不同层次的含义。

1．在分子水平，克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含义是将某一特定DNA片断通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒和病毒等)中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片断的“群体”。

2．在细胞水平，克隆实质由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。其中每个细胞的基因都相同。比如，使一个细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体即为一个细胞克隆。又如，在脊椎动物体内，当有外源物(如细菌或病毒)侵入时，会通过免疫反应产生特异的识别抗体。产生某一特定抗体的所有浆细胞都是由一个B细胞分裂而成，这样的一个浆细胞群体也是一个细胞克隆。细胞克隆是一种低级的生殖方式－无性繁殖，即不经过两性结合，子代和亲代具有相同的遗传性。生物进化的层次越低，越有可能采取这种繁殖方式。

3．在个体水平，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个群体。比如，两个同卵双胞胎即为一个克隆！因为他（她）们来自同一个卵细胞，所以遗传背景完全一样。按此定义，“多利”并不能说成是一个克隆！因为“多利”只是孤单的一个。只有当那些英国胚胎学家能将两个以上完全相同的细胞核移植到两个以上完全相同的去核卵细胞中，得到两个以上遗传背景完全相同的“多利”时才能用克隆这个词来描述。所以在那篇发表于1997年2月出版在《Nature》杂志上的轰动性论文中，作者并没有把“多利”说成是一个克隆。

另外，克隆也可以做动词用，意思是指获得以上所言DNA、细胞或个体群体的过程。

二、克隆技术

1．DNA克隆

现在进行DNA克隆的方法多种多样，其基本过程如下图所示(未按比例)

可见，这样得到的DNA可以应用于生物学研究的很多方面，包括对特异DNA的碱基顺序的分析和处理，以及生物技术工业中有价值蛋白质的大量生产等等。

2．生物个体的克隆

(1)植物个体的克隆

在20世纪50年代，植物学家用胡萝卜为模型材料，研究了分化的植物细胞中遗传物质是否丢失问题，他们惊奇地发现，从一个单一已经高度分化的胡萝卜细胞

可以发育形成一棵完整的植株!由此，他们认为植物细胞具有全能性。从一棵胡萝卜中的两个以上的体细胞发育而成的胡萝卜群体的遗传背景完全一样，故为一个克隆。如此的植物的克隆过程是一个完全的无性繁殖过程!

(2)动物个体的克隆

① “多利”的诞生

1997年2月27日英国爱丁堡罗斯林(Roslin)研究所的伊恩·维尔莫特科学研究小组向世界宣布，世界上第一头克隆绵羊“多利”(Dolly)诞生，这一消息立刻轰动了全世界。

“多莉”的产生与三只母羊有关。一只是怀孕三个月的芬兰多塞特母绵羊，两只是苏格兰黑面母绵羊。芬兰多塞特母绵羊提供了全套遗传信息，即提供了细胞核（称之为供体）；一只苏格兰黑面母绵羊提供无细胞核的卵细胞；另一只苏格兰黑面母绵羊提供羊胚胎的发育环境——子宫，是“多莉”羊的“生”母。其整个克隆过程简述如下：

从芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止了分裂，此细胞称之为供体细胞；给一头苏格兰黑面母绵羊注射促性腺素，促使它排卵，取出未受精的卵细胞，并立即将其细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为受体细胞；利用电脉冲的方法，使供体细胞和受体细胞发生融合，最后形成了融合细胞，由于电脉冲还可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能象受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞；将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成一只小绵羊。出生的“多莉”小绵羊与多塞特母绵羊具有完全相同的外貌。

一年以后，另一组科学家报道了将小鼠卵丘细胞(围绕在卵母细胞外周的高度分化细胞)的细胞核移植到去除了细胞核的卵母细胞中得到20多只发育完全的小鼠。如呆“多利”因为只有一只，还不够叫做克隆羊的话，这些小鼠

就是名副其实的克隆鼠了。

② 通过细胞核移植克隆小鼠的基本过程

在本实验中，卵丘细胞是经如下过程得到的：通过连续几次注射绒毛膜促性腺激素，使雌鼠诱导成高产卵量状态。然后从雌鼠输卵管中收集卵丘细胞与卵母细胞的复合体。经透明质酸处理使卵丘细胞散开。选择直径为10－12微米的卵丘细胞用作细胞核供体（前期实验表明，若用直径更小或更大的卵丘细胞的细胞核，经过细胞核移植的卵母细胞很少发育到8细胞期）。所选择的卵丘细胞保持在一定的溶液环境中，在3小时内进行细胞核移植（与此不同的是，在获得“多利”时用作细胞核供体的乳腺细胞先在培养液中传代了3－6次）

卵母细胞（一般处于减数分裂中期 II ）通过与上面描述类似的方法，从不同种的雌鼠中收集。在显微镜下小心地用直径大约7微米的细管取出卵母细胞的细胞核，尽量不取出细胞质。同样小心取出卵丘细胞的细胞核，也尽量去除所带的细胞质（通过使取出的细胞核在玻璃管中往复运动数次，以去除所带的少量的细胞质）。在细胞核被取出后5分钟之内，直接注射到已经去除了细胞核的卵母细胞中。进行了细胞核移植的卵母细胞先放在一种特制的溶液中1－6小时，然后加入二价的锶离子（Sr2+）和细胞分裂抑素B。前者使卵母细胞激活，后者抑制极体的形成和染色体的排除。再取出处理过的卵母细胞，放在没有锶和细胞分裂抑素B的特制的溶液中使细胞分裂形成胚胎。

不同阶段的胚胎（从2细胞期到胚泡期）被分别植入几天前与已经结扎雄鼠交配过的假孕母鼠的输卵管或子宫中发育。发育完全的胎儿鼠在大约19天后通过手术取出。

目前胚胎细胞核移植克隆的动物有小鼠、兔、山羊、绵羊、猪、牛和猴子等。在中国，除猴子以外，其他克隆动物都有，也能连续核移植克隆山羊，该技术比胚胎分割技术更进一步，将克隆出更多的动物。因胚胎分割次数越多，每份细胞越少，发育成的个体的能力越差。体细胞核移植克隆的动物只有一个，就是“多利”羊。

三、克隆技术的福音

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。问题是，利用“克隆人”作为器官供体合不合乎人道？是否合法？经济是否合算？

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。

Answer 2

克隆简介

自从 1997 年 2 月 23 日国外新闻媒介报导 ( 正式科学论文发表在 1997 年 2 月 27 日出版的《自然》杂志上 ) 苏格兰科学家利用体细胞培养克隆羊成功的消息后，在全世界引起了一阵冲击波，我国著名遗传学家吴昊教授称之为“克隆风暴”。对于一项科学成果，反响如此之广泛和强烈，从新闻界、科学界，到哲学、伦理界，再到政府部门和立法机构，一直到广大公众，无不对克隆技术表示关注。究竟何谓克隆，该项技术有何价值和意义，以及如何面对“克隆时代”，都成为人们讨论的焦点。
一、克隆的概念
众所周知，生物的繁衍是通过生殖完成的。生物的繁殖有两种方式：一种叫有性生殖，一种叫无性生殖。
有性生殖是通过两性生殖细胞 ( 精子和卵子 ) 的融合，并发育形成后代的生殖方式。无性生殖则不经过两性生殖细胞的结合，而是由生物体自身的分裂生殖或其体细胞生长发育形成个体。无性生殖多见于植物与某些动物 ( 如单细胞动物与低等动物 ) 。
克隆是英文“ clone ”的音译，来自希腊文 klon ， 原意为苗或嫩枝，指以无性生殖或营养生殖的一些植物。随着时间的推移和科学的发展，它的含义增加了许多内容，如一个细胞在体外培养下产生的一群细胞；由“亲本”序列产生的 DNA 序列等等。概言之， 克隆是指由一个细胞或个体，通过无性繁殖手段，获得遗传上相同的细胞群或个体群。
我国古典名著《西游记》里的孙悟空，只要拔撮毫毛吹口仙气，就能“变”出许多孙悟空。因为拔一撮毫毛必须带下一群细胞，这一群细胞就能培养出一群相同的孙大圣。这也归属于无性生殖。只不过孙大圣本领高强，能在瞬间“克隆”出千百个自己而已。简而言之，克隆就是无性生殖，就是“复制”、“翻版”。
二、植物的克隆
无性生殖 ( 克隆 ) 本来是一种低级的生殖方式。生物进化的层次越低，越有可能采取这种生殖方式，进化层次越高，则越不可能采取这种生殖方式。由于低级生物，如微生物，采取自行分裂的方法繁殖，分裂后子代与亲代的遗传物质完全一样，因此在这个意义上微生物没有“个体”，它们也没有死亡。虽然在严格的意义上，微生物的亲代与子代仍然会有若干差异，因为它们的外界营养环境仍然会有差异，但从高等动物的角度看，这种差异似乎太微不足道了。在这种差异可以不计的条件下，人们可以说，对微生物来说，它们是不死的。死亡是生物进化到较高阶段的产物。现在生物医学研究中用克隆技术在体外培养的正常细胞或癌细胞，也称为“永生细胞株”，意思也是说这些细胞是“不死的”。
生物医学研究进入微观层次，运用克隆技术来培养正常或异常细胞的永生细胞株，虽然是一件难度很大的工作，但已经在各国的科学界和医学界越来越得到重视。在农业上，人们早已用插枝、压条等方法，来繁殖适合于人类需要的植物。在畜牧业上，各国都在进行用克隆技术产生更多良种动物的研究。但从高等生物成体的体细胞中发育出一个成体，这是克隆技术的一个重大发展。
早在许多年前，美国康奈尔大学研究人员将成熟的胡萝卜高速搅拌，获得单个胡萝卜细胞，然后将这些单个细胞置于生长培养基中，培养出遗传上完全一样的胡萝卜。这个试验证实了植物细胞全能性学说。所谓植物细胞全能性学说是指植物体的每一个细胞，包括体细胞，都具有发育成完整个体的潜能。
植物细胞全能性学说在植物界已经得到广泛的证明。现在我们可以植物体的任何一种活的细胞、组织、器官，经过体外人工培养获得它的完整植株，并产生许多植物。这种技术被称为组织培养。它已用于工厂化生产花卉、作物 ( 如甘蔗 ) 的试管苗。
三、动物克隆的历程
关于动物的无性生殖研究，一直是科学家探索的课题。因为人类通过有性生殖的方法，选育家畜品种已有上千年的历史，结果是产生了一些优良的个体或群体。它们比一般的个体更能满足人们的需要和愿望。譬如，一头产奶量特别高的奶牛，一群毛产量多的绵羊，一匹得奖的赛马或一只优秀的警犬。可是，有性生殖的后代，其性能不一定都同亲代一样，有的甚至不如亲代。究其原因，因为卵子或精子只携带构成亲代的、任意一半的等位基因，而等位基因几乎可以有无限的组合，因而会产生不同的后代。兄弟、姊妹、兄妹、姊弟之间都有很大的差异，便是因为极难有完全相同的基因型。
所以通过有性生殖保持一种表现型是非常困难的。如果获得一种理想的表现型如产奶量高的奶牛，再通过无性生殖保持、扩大和繁殖这种表现型，即生产许多遗传上相同的个体，从经济角度讲显然是很有价值的。
⒈卵细胞培养成成体
1951 ～ 1959 年，我国著名细胞生物学家朱冼等，用直径 10 ～ 13um 的玻璃针刺激去卵膜的蟾蜍卵细胞，在世界上首次培养出 25 只蟾蜍成体，即没有父亲的癞蛤蟆。它们最长的可活 8 个月。
在上述试验中用的是生殖细胞。体细胞能否通过培养获得动物体呢？即植物细胞具有的全能性，动物细胞是否也具有？每个动物细胞，包括体细胞都具有该物种的全套基因是不容怀疑的，但从体细胞直接培养成动物成体至今尚未成功。为了证明动物细胞也具有全能性，生物学家进行了大量的细胞核移植试验。
⒉细胞核移植试验
1939 年，科学家首次在变形虫中进行核移植试验。他们将核移到同种去核变形虫中，结果重组的变形虫可生长，并繁殖后代。
1963 年起，我国著名生物学家童第周等进行了大量的鱼类核移植试验。其中 1980 年，他们将鲤鱼囊胚期细胞核作供体核，鲫鱼的未受精去核成熟卵细胞作受体质， 2.7% 的移核卵发育到成鱼。鲤鲫移核鱼的主要性状与鲤鱼相同，但脊椎骨的数目与鲫鱼相同，而侧鳞的数目介于这两种鱼之间。这种细胞工程鱼生长速度比鲤鱼快 22% ，现已在生产上大面积推广。
1966 年，科学家用两栖类非洲爪蟾进行核移植试验。他们将蝌蚪的肠细胞的细胞核移入去核的卵细胞中，结果有 1.5% 的重组细胞发育成体。他们的试验第一次证明了动物的体细胞也具有全能性，但在哺乳动物体细胞中尚未证明。
⒊用胚胎细胞克隆哺乳动物
1986 年，英国科学家用绵羊的 8 细胞胚胎细胞 ( 在 8 细胞胚胎之前的细胞才能表现全能性 ) 做供核细胞，羊的卵细胞做供质细胞，结果重组细胞能发育成羊成体，此后又相继用胚胎细胞克隆出牛、鼠、兔、猴等动物。应该指出的是，该试验并非复制雄性或雌性绵羊，而是复制它们的后代，因此试验还存在一定的不足或缺陷。
在我国，用胚胎细胞克隆哺乳动物， 80 年代末已克隆出免； 1991 年西北农业大学和江苏农学院克隆出羊； 1993 年中国科学院发育研究所与扬州大学农学院克隆出山羊； 1995 年华南师大和广西农业大学克隆出牛。此外，湖南医学院还克隆出鼠。但是，用胚胎细胞以外的体细胞克隆出哺乳动物，则是由英国科学家维尔穆特开创的。
四、“多莉”的诞生
“多莉”是世界上第一例用体细胞——乳腺上皮细胞，通过细胞核移植技术，在复杂的人工操作下，得到的一只小绵羊。其操作过程是这样的：
⒈从苏格兰黑脸母羊 ( 甲羊 ) 取出卵子，并把卵子的遗传物质吸去，成为只有细胞质的卵子。
⒉从妊娠后期 3 个月的母羊 ( 乙羊 ) 取出乳腺上皮细胞， 在体外传代培养 3 — 6 代，并用药物处理控制细胞发育使之处于休止期。这是非常关键的一步。然后取休止期的细胞作为供体细胞。
⒊将一个供体细胞导入上述卵子的透明带内腔。然后用电脉冲刺激，使供体细胞和卵子融合，形成重构卵。
⒋把重构卵移植到黑脸母羊 ( 羊丙 ) 的输卵管里，此前将丙羊的输卵管结扎，使胚胎不能进入子宫。丙羊起到活体培养胚胎的作用，称为中间受体。
⒌重构卵移入丙羊输卵管内 6 天后，从输卵管冲出胚胎， 挑选正常发育到桑椹期和囊胚期的胚胎。
⒍将 1 — 3 个桑椹胚或囊胚，移植到苏格兰黑脸羊 ( 丁羊 ) 的子宫内。胚胎移植到子宫后 , 继续发育 , 最后生出“多莉”。这只母羊称为“代母”。
此项用了约 434 个卵子 , 获得 277 个重构卵 , 移植到中间受体 6 天后，冲出 247 个胚胎 , 其中发育到桑椹胚和囊胚的 29 个 (11.7%) 。把 29 个胚胎移植给 13 只代母，最后生出 1 只“多莉” , 产羔率仅为 3.4% 。若以重构卵数计算 , 产羔率低于 4 ‰。可见这一技术有待于完善。另外需要说明的是，克隆绵羊技术并没有做到完全复制，去核卵细胞的细胞质也会含有少量遗传物质，它对胚胎发育也能起重要甚至是决定性的作用。生物的遗传是细胞核和细胞质共同作用的结果。细胞质基因也是 DNA 片段 , 其载体主要是一些细胞器，如质体、线粒体等。 细胞质基因在一定程度上是独立的，一般不受核基因的干扰。与核基因相比尽管细胞核含有 99.9% 的遗传信息，但个体的性状表达仍然会受到卵细胞质的影响。因此，从理论上分析，“多莉”羊还不是完全复制品。由于“多莉”只是孤单的一个，所以有人认为，说“多莉”是一克隆动物，并不准确。虽然目前只获得 1 只“多莉”， 但它是令世人瞩目的重大科学成就。
五、克隆技术的意义及经济价值
波澜壮阔的人类历史在很大程度上是由技术推动发展的：金属制造和改良的农业使文明脱离了石器时代； 19 世纪的工业革命又导致了大机器和大城市的兴起；到了 20 世纪，物理学戴上了王冠。物理学家们劈开原子，揭示了相对论和量子理论的奇妙世界，还开发利用了小小的硅片。他们通过原子弹、晶体管、激光和微型集成电路改变了世界。现在，许多专家相信，人类已经做好了用新的科技发展浪潮迎接未来的准备。正如 1996 年诺贝尔奖获得者、美国赖斯大学的化学家罗伯特·柯尔所说：“现在是物理学和化学的世纪，但下世纪显然将是生物学的世纪。”许多科学家认为，以克隆绵羊“多莉”诞生为标志，生物学世纪已经提前到来。
克隆技术的突破，引起世人的震惊。人们担心的是人类的自我复制，而往往忽视了其他方面的应用和意义。其实，它在基础生命科学、医学、家业科学研究与生产中，具有重大的理论价值和广泛的应用前景，并存在着巨大的潜在经济效益。在未来的 5 ～ 20 年， 将逐步形成和引起一场世界范围内新的生物技术产业革命。
⒈在基础生命科学方面，由以往进行基因功能研究主要在小鼠等少数动物身上进行到现在在多种动物身上均可得到实现，这有利于更加清晰地揭示基因功能和生命的本质；提供研究哺乳动物细胞发育全能性及核质关系最有效的手段之一；还可以克隆各种濒危动物，如国宝大熊猫、金丝猴甚至白鳍豚等。
⒉在医学科学方面，可以为医学科学研究提供核基因型完全一致的实验动物，这有利于医学家研究目前尚未找到有效治疗方 法的疾病，并揭示发病机制；对其进行去分化机制的研究，有助于抗衰老及其机制的研究。
⒊在农业科学方面，可快速培育和扩繁抗病力强、生产性能高的优良动物；可以研究动物的发病机理，寻求新的有效治疗药物。
六、如何迎接“克隆时代”的挑战
克隆技术的成功，标志着“复制”哺乳动物的最后技术障碍已被突破。随之而来，在理论上复制人类已成为可能。所以，克隆技术不仅给我们带来了益处，也向人类提出了严峻的挑战。这一技术一旦应用于人类，将会对人类社会产生极其严重的后果。
⒈人类从有性生殖回到了无性生殖，无疑是一个巨大的倒退。
⒉“克隆人”没有父母，没有亲情，社会将会变得冷酷无情。
⒊“克隆人”成年后也有可能会通过有性繁殖来繁衍后代，不知不觉地就可能造成大量的近亲结婚，其后果是不堪设想的。
⒋从社会学的观点看，人类之所以能不断发展进步，是靠每个人的不断努力和奋斗，这种力量的来源除了个人的理想外，就是人们对社会、对家庭的义务，如果没有赡养老人和抚育下一代的义务，这种力量就会大大地减少，对整个社会的发展也是不利的。
⒌科学家的“复制品”不一定能成为科学家。人的成才除了先天的原因外，后天因素也起着重要的作用。如果这些“复制品”都背上科学家的“包袱”，而不努力学习，社会岂不倒退了吗？再者，如果有人为了报复社会，大量地克隆弱智人，社会将怎么办？如果有人疯狂地“复制”像希特勒那样的狂人，加以后天的“培养”，更让人毛骨耸然……
从克隆绵羊的诞生，使我们想起了 1905 年科学巨匠爱因斯坦提出的能量关系式，预示了原子核内蕴藏着巨大的能量，他万万没有想到这一理论成为了制造原子弹的重要理论。如果克隆技术应用于人类，将是生物界的一个大倒退。因此，我们认为，科学家进行科学研究是无罪的，问题是怎样应用它。
我们应该“扬长避短”，积极利用克隆技术对人类有益的一面，造福于人类。同时，各国政府应加强立法，加强监管，禁止将克隆技术应用于人类，这样才能避免人间悲剧的发生。
总之，一次新的技术的产生与成熟，必将会带来新的挑战与问题。随着道德法律的完善，人们终将使之得到良好的应用。