克隆技术及其应用与发展1

克隆技术及其应用与发展

目前克隆技术、基因工程研究正突飞猛进向前发展，基因概念及其理论的建立，打开了人类了解生命并控制生命的窗口。基因研究已成为当前科学研究中最有决定性的领域之一，成为推动生物、食品和制药产业发展的引擎。众所周知，20世纪遗传学的发展举世瞩目，由于遗传学的发展，科学的社会功能以及社会对科学的制约更受关注，从试管婴儿到克隆技术再到人类基因图谱的绘制无不牵动着世人的心。21世纪是生物技术革命的世纪，克隆技术的应用将促进遗传学，细胞发育生物学，产科学等学科的研究进展，有利于整个世界的科学进步和生活质量的提高，对人类的生活将会产生深远的影响。

克隆、克隆技术

以及克隆的基本过程

“克隆”一词源于“Clone”的音译，指的是人工诱导动、植物的无性繁殖过程，这门生物技术就叫克隆技术。无性繁殖是指不经过雌雄两性生殖细胞的结合，只由一个生物体产生后代的生殖方式，如：由植物的根、茎、叶等经过压条或嫁接等方式产生新个体。绵羊、猴子和牛等动物没有人工操作是不能进行无性繁殖的。克隆的基本过程是先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中，利用微电流刺激等使两者融合为一体，然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎，当胚胎发育到一定程度后再被植入动物子宫中使动物怀孕便可产下与提供细胞者基因相同的动物。这一过程中如果对供体细胞进行基因改造，那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。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。

基因克隆是指在分子(DNA)水平上开展研究工作以获得大量的相同基因及其表达产物。

细胞克隆则是在细胞水平上开展研究工作以获得大量相同的细胞。

个体克隆则是经过一系列的操作产生一个或多个与亲代完全相同的个体，这种克隆所用的生物材料可能是一个细胞，也可能是一个组织。可以看出，基因克隆、细胞克隆和个体克隆是在三个不同的层次上开展的研究工作，以原有的基因或细胞或生物个体作为模板，复制出多个与原来模板完全相同的基因或细胞或生

物个体来。这就有点像大家利用复印机复印资料，或用胶片冲洗照片一样，从原有的资料或底片复制出许多完全一样的资料或照片来。但实际上并非复制胚胎，只是从成年人体内的一个细胞抽取当中包含的基因资料，然后将植入一个没有核子的卵子细胞内，通过体外受精的方法使这个新细胞发育成一个胚胎。例如小羊多利就是利用体细胞进行细胞核移植而克隆成功的，多利羊的产生与三只母羊有关，其克隆过程如下：科学家选取了三只母羊，先将一只母羊的卵细胞中所有遗传物质吸出，然后将另一只6岁母羊的乳腺细胞与之融合，形成一个含有新遗传物质的卵细胞，并促使它分裂发育成胚胎，当这一胚胎生长到一定程度时再将它植入第三只母羊的子宫中，由它孕育并产下克隆羊多利，出生的“羊多”小绵羊与6岁母羊具有完全相同的外貌。

克隆技术在相关领域的应用

克隆的最终产物，如克隆牛、克隆鼠等都不是最重要的成果，基因克隆技术应是建立转基因动物模板的核心和关键性技术，利用转基因动物的体细胞大量复制出具有相同优良性状的个体。由于动物体细胞克隆可以复制出的数量巨大的优良个体，因此动物克隆技术可以首先应用于畜牧业育种上。通常在动物育种中所采用的方法主要是杂交育种，即把两个具有不同优良性状的雌雄个体进行交配，然后在后代中去选择人们所需要的个体。要获得一个优良品种，往往需要几年甚至几十年的时间，而且必须不断地进行育种。如果采用动物个体克隆技术，就可以大量复制出人类所需要的优良个体，还可以大大缩短育种时间和节省大量的人力、物力。克隆技术的完善为转基因动物的繁殖开辟了一条通道，应用克隆技术可以将转基因绵羊大量繁殖，从而可在降低成本的同时大幅度提高产量，可见克隆技术在这方面的应用前途无量。利用个体克隆技术，可以建立起稳定的动物模型，这将有利于揭示基因结构和功能间的关系，揭示生命的本质。动物克隆技术还有可能用于延缓珍稀濒危动物的灭绝。研究结果表明有的动物的器官与人的器官十分类似，科研人员正在设法用动物的器官来进行人的器官移植，利用动物克隆技术获得足够量的动物器官用于人类器官移植。由于大多数哺乳动物类的胚胎发育过程非常相似，应用治疗性克隆技术，还会促进畜牧业、动物业、制药业等方面的蓬勃发展。目前，组织器官制造领域是全球高科技竞争最激烈的领域之一，各种再生或实验室培养的骨头、软骨、血管、皮肤以及胚胎神经组织都正在人体

上试验。肝脏、胰腺、心脏、耳朵以及手指也正在实验室中成形，个体克隆技术用于生物医学方面，将会产生巨大的经济效益。

克隆技术的发展历程

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。

微生物克隆：即由一个细菌复制出成千上万个和它一模一样的细菌而变成一个细菌群。

生物技术克隆：如DNA克隆。

动物克隆：即由一个细胞克隆成一个动物。

在自然界，有不少植物具有先天的克隆本能，如番薯、马铃薯、玫瑰等插枝繁殖的植物。而动物的克隆技术，则经历了由胚胎细胞到体细胞的发展过程。克隆技术由德国胚胎学家于1938年首次提出的，1952年科学家首先用青蛙开展克隆实验，之后不断有人利用各种动物进行克隆技术研究，后来科研人员人用哺乳动物胚胎细胞进行克隆取得成功。1996年世界上第一只克隆羊多利在英国爱丁堡的出世给克隆技术研究带来了重大突破，它突破了以往只能用胚胎细胞进行动物克隆的技术难关，首次实现了用体细胞进行动物克隆的目标，实现了更高意义上的动物复制。自克隆绵羊多利后，科学家又成功地克隆出了猪、鼠、兔、猴、牛以及猴等，他们所用的生物材料也都是体细胞，这对于挽救濒危动物具有重要意义。世界各国竞相发展克隆技术

基因研究落后的国家可能在未来科技和经济竞争中处于劣势，因此世界许多国家都在加紧克隆技术、基因工程的研究。早在本世纪50年代，美国的科学家以两栖动物和鱼类作为研究对象，首创了细胞核移植技术，他们研究细胞发育分化的潜能问题，细胞质和细胞核的相互作用问题。随着绵羊多利的诞生把动物克隆从科幻变为事实，克隆公司也在美国层出不穷。这些公司筹集资金并根据克隆成年动物的能力制定了商业计划，包括为器官移植克隆猪，为医药目的克隆遗传改性的牛，甚至还有储存衰老宠物的DNA以便未来克隆。美国得克萨斯农机大学研究人员克隆出了一头可自然抵抗三种疾病的公牛，这是科学家第一次克隆出抗病牛。美国麻省生物技术公司高级细胞技术研究小组的科学家是用从一头死去的印度野牛身上取下的一个单一皮肤细胞进行复制，第一次利用母牛的卵子和子宫复制了濒临绝种的印度野牛。2000年美国科学家克隆出了第一只非人类的灵长类短

尾猴“泰特拉”，与用细胞核转移技术克隆出来的克隆羊多利不同，泰特拉是用胚胎分裂术克隆出来的。英国罗斯林研究所是用乳腺上皮细胞作为供体细胞进行细胞核移植而克隆成功小羊多利的，它突破了利用胚胎细胞进行核移植的传统方式，使克隆技术有了长足的进展。英国科学家使用精确的基因定位技术成功培育出了两只转基因克隆绵羊，从而为有效改造哺乳动物特定基因开辟了新路。英国罗斯林研究所的科学家已通过研究发现，一些克隆动物之所以存在缺陷如体形过大、容易患病或夭折等，可能是由于它们在克隆时失去了一些碳原子。2000年英国科学家宣布掌握了一种能够对大型哺乳动物进行精确的基因改造的新技术。日本已经开发成功克隆牛、克隆猪等体格较大哺乳动物的技术。日本肉用牛改良研究所采用人工授精技术，利用雄性体细胞克隆牛的精子成功地使普通母牛妊娠、生产，从而证明了体细胞克隆牛有正常的生育能力。2000年世界第一头再克隆牛在日本诞生，克隆它所用的体细胞采自于克隆牛。澳大利亚生物学家已发现塔斯马尼亚虎的DNA并正在进行有关的克隆虎实验，他们从虎标本上取下了相关的心脏、肝、肌肉以及骨髓组织，其基因将被注入某种与之关系最紧密的动物的卵子中进行孵化，这项克隆虎项目是世界上首例先对动物DNA进行修复然后再进行克隆的计划。澳洲生物学家还决定利用70年前绝迹的澳洲塔斯马尼亚岛繁衍一时的袋狼的标本取得的DNA样本进行生物克隆计划，希望让袋狼重现地球。俄罗斯科学家计划在未来10～15年内进行克隆人体器官实验，目的是利用克隆出的健康器官代替失掉功能的病变器官，并在防治癌症和肿瘤等疾病方面获得有益的结果。印度勒克瑙古植物研究所的科学家为了了解1800万年前一只雄性蚊子和现今生活在南亚的动物群是如何演变的，正设法通过提取这只蚊子的基因并加以克隆，然后同现代蚊子的基因进行对比，从而了解蚊子的演变过程。

世界各国对克隆人计划的对策

科学是一柄双刃剑，利用克隆技术可以大量复制珍稀动物，挽救濒危物种，调节大自然的生态平衡，为器官移植带来最大的利益，以及让人类了解基因和基因环境对病理的影响。但克隆技术也可能带来负面影响，一些克隆动物在遗传上是全等的，一种特定病毒或其它疾病的感染将会带来灾难，如果无计划克隆动物，会扰乱物种的进化规律。由于羊和人类都是哺乳动物，羊的克隆技术也可以用于其它哺乳动物的克隆，包括人。现在已有一些组织开始将克隆人的计划的抛出，

使得克隆人正从遥远的幻想日益成为逼近的现实，克隆人问题已经无法回避。对于进行人的克隆，美国广播公司曾做过一次民意测验，结果表明：87％的人反对进行人的克隆，82％的人认为克隆人不符合人类的传统伦理道德，93％的人反对复制自己，53％的人认为如果将人的克隆仅限于医学目的还是可以的。由于克隆人问题可能带来的复杂后果，世界各国尤其是生物技术发达的国家，现在大都对此采取明令禁止或者严加限制的态度。目前，已有23个国家明令禁止生殖性克隆。

即使目前世界许多国家明确禁止进行克隆人研究，但这个世界上总会有人试图在某些地方从事这项研究。在美国内华达州巴哈马注册的“克罗耐德公司”实验室里，一些疯狂的科学家正在实施一项震惊全人类的克隆人计划。复制工作将以一对夫妇保存的夭折女儿的皮肤细胞为样本，将皮肤细胞的细胞核植入另一个细胞核已被取出的卵细胞内，并通过电击刺激产生细胞融合，然后将这样制成的胚胎植入代理受孕母亲的子宫内长大，整个克隆过程与1996年英国科学家克隆“多莉羊”的过程大致相同。按照“克罗耐德秘密实验室”的计划，世界上的第一个克隆婴儿很可能在2001年底或今后两年内出世。“克罗耐德公司”的幕后老板是“拉尔雷恩运动”邪教组织，他们的克隆人计划已经引起了国际社会的高度关注，世界各地的科学家们也对邪教克隆人的做法表示愤怒。目前克隆技术中流产率极高的问题尚未解决，克隆技术对家庭关系带来的影响也将是巨大的。2001年3月，来自世界不同国家的20多名医学及基因专家聚集到意大利罗马，就克隆制造第一个婴儿的技术与草案展开了辩论和研究。无论如何，利用克隆技术复制人类的做法仍然遭到了世界各国的一致反对。美国同意利用联邦资金进行克隆人类胚胎的研究，禁止使用公共资金资助任何有关克隆人的试验项目，不过通过私人赞助进行克隆人的项目研究在美国是合法的，但需要得到美国食品与药物管理局的审批。美国的食品和医药管理局已经开始密切关注“拉尔雷恩运动”克隆人的发展情况，美国民众，特别是拉斯维加斯人则对“拉尔雷恩运动”开始克隆人的做法表示愤怒。欧洲议会通过了一项禁止克隆人类的决议，指出克隆人类胚胎的医用克隆技术会使医学研究越过负责任的界限，呼吁英国政府重新审视对克隆技术的态度，放弃利用克隆技术复制人类胚胎的尝试，并建议联合国全面禁止克隆人类。英国政府宣布同意该国的科学家进行为研究目的而进行人类胚胎克隆，严禁为生殖目的进行人体胚胎实验。英国政府已经立法禁止克隆人，明令任何试

图与“拉尔雷恩运动”邪教组织在克隆人技术上进行合作的英国个人或者团体都将因触犯法律而遭重惩。日本政府一直禁止克隆人，同时也禁止一切将人与动物细胞相互移植的克隆行为。日本政府宣布对克隆人行为将处以监禁10年以下、罚款1000万日元以下的惩罚。法国政府将允许对人体器官克隆技术进行用于医疗目的的研究，但严禁进行克隆人的研究。法国政府把“拉尔雷恩运动”视为非法组织，声称该组织任何成员胆敢在法国境内从事非法活动的话，严惩不贷。澳大利亚联邦议会法案规定科研界可以进行克隆羊的试验，但严禁克隆人以及人畜细胞合成的研究。任何违规克隆与人类“相似或相近的复制品和派生物”的学者将被判入狱十年。德国实施胚胎保护法，严格禁止克隆人及人体胚胎的研究。加拿大政府也在研究相应的对策。

我国的克隆技术方面颇有成就。

早在80年代末就已克隆出一只兔子，1991年西北农业大学发育研究所与江苏农学院克隆羊成功，1993年中科院发育生物研究所与扬州大学农学院共同克隆出一批山羊，扬州大学的体细胞克隆技术及新型的“制备”技术，不仅把我国哺乳动物的克隆技术推进到可以采用体细胞产生克隆家畜的无性繁殖阶段，而且还可使这种转基因山羊在短期内扩展成一个群体。1995年华南师大和广西农大合作克隆出牛，1996年中国农科院畜牧研究所克隆牛获得成功。我国科学家已成功复制了羊颅骨、鸡肌腱和猪关节软骨等组织，这意味着复制人体组织器官研究已进入了一个新阶段。我国的组织器官复制研究即将进入临床实验，人体组织器官复制阶段将在3～5年内将取得更大突破。我国目前已掌握了脐血干细胞分离、纯化、冷冻以及复苏的技术，专家们希望在2002年建成世界上最大的可保存5～10万份脐血干细胞样本库，为有相同遗传特征的全球华人患者提供干细胞移植。那时病人只要移植有自我修复功能的干细胞就可治病。中国干细胞的科研人员已利用干细胞技术克隆出人体组织，并将开展人体器官克隆计划。军事医学科学院已体外克隆出了人骨、血液、神经和皮肤等组织，接下来的工作便是克隆更复杂的器官。第一批被列入克隆计划的器官是血管、食道和膀胱。我国在“治疗性克隆”研究领域已获得重大突破，如果研究工作开展顺利的话，几年后就可以克隆出能够应用的人体器官。上海市转基因研究中心有望在3～5年内成功克隆人体器官，以替代人体受损的器官。我国科学家在国际上首次完成了人类下丘脑－垂体－肾上腺

轴这一神经内分泌重要系统的基因表达谱的绘制，同时在下丘脑－垂体－肾上腺轴克隆了200条人类新基因，这表明我国在人类功能基因的大规模研究方面获得重要进展。中国科学院发育生物学研究所研究人员与法国国家农艺学研究所专家合作发明了一种简单高效的成年动物体细胞克隆新技术，并利用它成功地培育出克隆鼠。它利用显微操作技术将植入过程中在卵细胞膜上造成的破损结构切除，既不需要使用培育多利羊的电融合方法，也不需要使用脉冲装置，便可高效地在不对卵细胞核染色的情况下去除卵细胞核，并直接将供体细胞核注入到去核卵细胞中，这样使克隆胚胎受到的损害降至最小。哈尔滨工业大学的科研人员在世界上首次克隆出鸡肌肉生长的抑制基因。四川碧峰峡生态动物园，拟进行克隆大熊猫的工作。如果大熊猫一旦克隆成功，将对挽救这一濒临灭绝的物种做出巨大的贡献，同时也将为其他濒危动物的基因研究提供宝贵的经验。云南大学运用中空纤维反应器技术、抗体纯化技术、免疫层析胶体金显色技术、试纸膜材纸材筛选搭配技术等成功地掌握了从单克隆抗体规模化生产到自主开发生产单抗快速诊断试纸的全套技术，将开发前列腺癌、乙肝、丙肝、性病、艾滋病、重大胎儿缺陷等疾病的快速诊断试纸。一系列单克隆抗体生殖健康诊断试纸已在云南陆续投放市场，这标志我国的单克隆抗体技术实现了突破并进入实用阶段。上海生物化学所的科学家已发现了人类附睾中的一些基因，有望通过控制精子成熟来计划生育和治疗男性不孕。我国科学家成功克隆了遗传性乳光牙本质II型病的基因，为遗传性乳光牙II型病的诊断和治疗带来希望，标志我国在人类遗传病基因克隆方面的研究取得重大进展。三峡植物园珍稀优良林木无性快速繁育技术攻关已取得阶段性显著成果，运用现代生物技术繁育的猕猴桃、非洲菊、芦荟、彩色马蹄莲等花草树木长势良好，珙桐、秃杉、木莲等珍稀濒危植物的“克隆”工程也展开。中国克隆动物基地在中国国家级农业高新技术产业示范区杨凌成立，这一基地将充分利用克隆技术培育养殖牛、羊良种，并进行深加工，瞄准国际生物高科技前沿并进行研究、开发和产业化攻关。

克隆技术的对人类的影响

克隆技术的迅速发展得益于人体胚胎干细胞的发现，利用这种细胞有可能在体外培育出与提供细胞的病人遗传特征完全相同的细胞、组织或器官，例如骨髓、脑细胞、心肌，甚至肝、肾等，它们可被用于治疗白血病、帕金森氏症、心

脏病和器官衰竭等疾病，这将同时解决器官移植中的排异反应和供体器官严重缺乏难题。正确运用克隆技术，可以为人类带来许多好处，如可终止癌症的扩散，检测胎儿的遗传缺陷，治疗神经系统的损伤，可以发展治疗习惯性流产的方法及新的避孕技术，提高妊娠成功率，可以得到更多的用于治疗的干细胞，为制造能移植于人体的动物器官开辟了前景，促进了遗传学的发展等。克隆技术被滥用则可产生可怕的后果，如克隆技术能减少遗传变异，通过克隆产生的个体具有同样的遗传基因和同样的疾病敏感性，一种疾病就可以毁灭整个由克隆产生的群体，干扰了自然进化过程，而生物多样性正是自然可持续发展的基础。克隆技术还可导致对后代遗传性状的人工控制，科学家将通过更改胚胎的遗传基因，改变某个个体眼睛的颜色，对某种疾病的耐受性等，这是很多伦理学家所不能接受的，人类需要建立相应的社会伦理体系。目前克隆技术引起争论的核心是能否允许对发育初期的人类胚胎进行遗传操作，进行克隆人研究等。克隆技术确实可能与历史上的原子能技术等一样，既能造福人类，也可祸害无穷。但“技术恐惧”的实质，是对错误运用技术的人的恐惧，而不是对技术本身的恐惧。某项科技进步最终是否真正有益于人类，关键在于人类如何对待和应用它。对于克隆技术，善良的人们可以利用它来为人类服务，为人类造福，而邪恶的人们却能用它来危害人类的生存。因此，在研究克隆技术时必须遵循人类的共同法则，制订科学的克隆计划，采取相应的研究对策，避免克隆技术的负效应。