Cell：“人造精子”基因可加工遺傳
日期：2012-05-03 08:07:44
最快只需一代，就能培育出實驗需要的轉(zhuǎn)基因動物，這可是生命科學(xué)家夢寐以求的好事。這或許很快就會變?yōu)楝F(xiàn)實。
昨天，國際著名學(xué)術(shù)期刊Cell以“特別推薦論文”刊發(fā)了來自中科院上海生科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所李勁松、徐國良研究員的最新成果，他們找到了一種制造“人工精子”的方法，可以對人造精子http://www.tzmingka.cn/中的基因進(jìn)行“加工”，并穩(wěn)定地遺傳給后代。該雜志認(rèn)為，這一成果將極大促進(jìn)哺乳動物遺傳學(xué)及相關(guān)生命科學(xué)的研究。
在自然界，哺乳動物的普通細(xì)胞中都含有兩套DNA，一套來自父親，另一套來自母親。而精子和卵子是一類特殊的細(xì)胞，它們每個細(xì)胞中只含有一套DNA，當(dāng)它們結(jié)合到一起變成受精卵時，才能發(fā)育成一個新個體。
徐、李兩位研究員作了一個異想天開的嘗試:讓一個單獨(dú)的精子發(fā)育成一個具有100多個細(xì)胞的胚胎。這能行嗎？對于已經(jīng)成熟的精子，當(dāng)然不可能，不過他們把一個精子注入了一個去掉DNA的卵細(xì)胞中，這個只有來自父親遺傳物質(zhì)的“受精卵”就開始發(fā)育了，這即是“孤雄單倍體胚胎”。
在這個過程中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了許多有趣的現(xiàn)象――
精子可以決定性別，一種是可生出雌性小鼠的，包含X染色體；另一種是雄性的，包含Y染色體。所有發(fā)育存活下來的，全部都是“雌性精子”。李勁松解釋，過去有實驗證明，X染色體上含有許多胚胎早期發(fā)育基因，而Y染色體沒有。更有趣的是，盡管“孤雄胚胎”只有一套染色體，但在發(fā)育過程中，細(xì)胞會逐步擁有兩套DNA，變成正常的雙倍體，這讓科學(xué)家感到異常驚奇，不明白自然界通過什么方式在“糾錯”。
另外，拿出任何一個“孤雄單倍體胚胎”細(xì)胞，都可以當(dāng)作精子使用，使卵細(xì)胞受精，并生下正常小鼠――可惜的是成功率比正常精子低了4－5倍。但好處在于，這種“人造精子”的基因可以被“加工”，比如敲除或增加某個基因，這使得科學(xué)家能方便地制造出實驗所需要的小鼠模型，而且保證能將基因的“加工結(jié)果”穩(wěn)定地表現(xiàn)出來，并遺傳給后代。
徐國良介紹，一般小鼠繁殖一代需要約3個月，而按照傳統(tǒng)方式，要繁殖2－3代小鼠才能獲得所需要的轉(zhuǎn)基因或基因打靶小鼠，如果利用這種新技術(shù)，1－2代即可搞定，相當(dāng)于將實驗周期縮短了1－2倍。
“如果這種方法運(yùn)用到像猴子這樣的非人類靈長類實驗動物上，效果將更顯著?！崩顒潘烧f，因為猴子的繁殖周期以年計，且一般一次只生一胎，靠“撞大運(yùn)”方式獲得需要的轉(zhuǎn)基因動物，成本十分高昂――這種新方法無疑大大縮短了培養(yǎng)時間，降低了實驗成本。
“人造精子”的設(shè)想，在小鼠身上率先得以實現(xiàn)。首批小鼠“人造精子”成功誕生在上海，去年10月23日有了第一個“女兒”，目前已形成“子孫滿堂”的“大家族”。日前，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》(Cell)，以“特別推薦文章”的形式，發(fā)表了中國科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所李勁松研究組和徐國良研究組的一項合作研究成果——運(yùn)用核移植的技術(shù)，研究人員成功獲得了具有精子功能的單倍體細(xì)胞，并進(jìn)一步驗證了這些細(xì)胞能代替精子讓卵母細(xì)胞受精，孕育健康的小鼠。
在生命最初的“舞臺”上——即在受精卵尚未形成前，就有機(jī)會施展生命科學(xué)的“魔法棒”，這無疑是令科學(xué)家們興奮的消息。最直接的意義是大大縮短了小鼠遺傳學(xué)實驗的流程，為獲取遺傳操作的動物模型提供了一種新的手段。上海生化與細(xì)胞所研究團(tuán)隊的實驗已經(jīng)證實，由“人造精子”建立的新小鼠模型，用于基因打靶等遺傳學(xué)操作，比此前二十年采用的經(jīng)典的基于兩倍體胚胎干細(xì)胞打靶方式，效率更高周期更短，至少縮短了一代(即3個月)。更長遠(yuǎn)的應(yīng)用前景在于，如果“人造精子”在人身上也能實現(xiàn)，那么某些僅通過父親遺傳的遺傳病，則有機(jī)會通過對精子中相關(guān)基因的改造得以避免。“這還只是概念上的可行，目前尚不具備這樣的技術(shù)，而且存在倫理學(xué)上的障礙?！焙献髡咧恢锌圃荷茖W(xué)信息中心李黨生研究員如是強(qiáng)調(diào)。
“人造精子”的學(xué)名是：來自孤雄囊胚的單倍體干細(xì)胞系。研究人員采用了核移植的技術(shù)，即通過顯微操作的方法去除卵母細(xì)胞的核，隨后將精子注入其中，形成攜帶來自父本基因組的單倍體重構(gòu)胚胎。研究人員將這些“人造精子”注入卵母細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)部分“受精”的胚胎能夠發(fā)育成健康的小鼠。
據(jù)悉，“人造精子”的兒孫們，目前都生活得很健康。下一步，研究人員將嘗試將這一技術(shù)用于非人靈長類的大型哺乳動物，如果也能獲得成功，將極大地促進(jìn)哺乳動物遺傳學(xué)及相關(guān)生命科學(xué)的研究。
中國科學(xué)院上海生科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所李勁松研究組和徐國良研究組在一項合作研究中，首次建立了來自孤雄囊胚的單倍體胚胎干細(xì)胞系，而這些細(xì)胞保持了一定水平的雄性印記，并進(jìn)一步驗證這些細(xì)胞能夠代替精子在注入卵母細(xì)胞后產(chǎn)生健康的小鼠。相關(guān)研究成果4月27日在線發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》，并被重點(diǎn)推薦。
據(jù)介紹，單倍體細(xì)胞，如酵母，是遺傳學(xué)研究的重要工具。自然狀態(tài)下存在的單倍體細(xì)胞只有結(jié)構(gòu)和功能均已特化的配子，包括卵子和精子?！叭欢炎雍途硬荒茉隗w外進(jìn)行培養(yǎng)，因此也不能對其進(jìn)行基因操作?！崩顒潘杀硎?，如果能夠在體外建立哺乳動物的單倍體細(xì)胞系，將極大促進(jìn)哺乳動物遺傳學(xué)及相關(guān)生命科學(xué)研究。
為了獲得單倍體的孤雄囊胚，研究人員采用了核移植的技術(shù)，即將卵母細(xì)胞的核通過顯微操作的方法去掉，然后注入一個精子，形成攜帶來自父本基因組的單倍體重構(gòu)胚胎。這些胚胎在體外能夠發(fā)育到囊胚，從這些囊胚中分離建立了單倍體胚胎干細(xì)胞系。
單倍體胚胎干細(xì)胞系具有典型的小鼠胚胎干細(xì)胞特征，能夠在注入兩倍體囊胚中后形成嵌合體小鼠。“因為精子在形成過程中會產(chǎn)生雄性印記狀態(tài)，”李勁松告訴記者，“這種印記狀態(tài)是受精后胚胎發(fā)育的重要保證，而且在整個發(fā)育過程中一直維持?！币虼?，研究人員分析了單倍體胚胎干細(xì)胞系的雄性印記水平，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞保持了一定的雄性印記。
為了驗證這些細(xì)胞是否能像精子一樣具有“受精”能力，研究人員將單倍體胚胎干細(xì)胞系注入卵母細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)部分“受精”的胚胎能夠發(fā)育成健康小鼠。最后，研究人員成功利用單倍體胚胎干細(xì)胞系進(jìn)行了基因打靶的嘗試。
有關(guān)專家認(rèn)為，單倍體胚胎干細(xì)胞系的建立為獲取遺傳操作的動物模型提供了一種新的手段，也為細(xì)胞重編程研究提供了一種新的系統(tǒng)。
人民網(wǎng)上海4月27日電 （記者王有佳）單倍體細(xì)胞是遺傳學(xué)研究的重要工具。自然狀態(tài)下存在的單倍體細(xì)胞只有結(jié)構(gòu)和功能均已特化的配子，包括卵子和精子。然而卵子和精子不能在體外進(jìn)行培養(yǎng)，因此也不能對其進(jìn)行基因操作。如果能夠在體外建立哺乳動物的單倍體細(xì)胞系，那將極大地促進(jìn)哺乳動物遺傳學(xué)及相關(guān)生命科學(xué)的研究。
4月27日，國際著名學(xué)術(shù)期刊Cell發(fā)表了中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所李勁松研究組和徐國良研究組的一項合作研究，他們建立了來自孤雄囊胚的單倍體胚胎干細(xì)胞系，證明這些細(xì)胞保持了一定水平的雄性印記，進(jìn)一步驗證這些細(xì)胞能夠代替精子在注入卵母細(xì)胞后產(chǎn)生健康的小鼠。
為了獲得單倍體的孤雄囊胚，研究人員采用了核移植的技術(shù)，即將卵母細(xì)胞的核通過顯微操作的方法去掉，然后注入一個精子形成攜帶來自父本基因組的單倍體重構(gòu)胚胎。這些胚胎在體外能夠發(fā)育到囊胚，從這些囊胚中分離建立了單倍體胚胎干細(xì)胞系。
單倍體胚胎干細(xì)胞系具有典型的小鼠胚胎干細(xì)胞特征，能夠在注入兩倍體囊胚中后形成嵌合體小鼠。因為精子在形成過程中會產(chǎn)生雄性印記狀態(tài)，這種印記狀態(tài)是受精后胚胎發(fā)育的重要保證，而且在整個發(fā)育過程中一直維持，因此，研究人員分析了單倍體胚胎干細(xì)胞系的雄性印記水平，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞保持了一定的雄性印記。
接下來，為了驗證這些細(xì)胞是否能像精子一樣具有“受精”能力，研究人員將單倍體胚胎干細(xì)胞系注入卵母細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)部分“受精”的胚胎能夠發(fā)育成健康的小鼠。最后，研究人員成功地利用單倍體胚胎干細(xì)胞系進(jìn)行了基因打靶的嘗試。
單倍體胚胎干細(xì)胞系的建立為獲取遺傳操作的動物模型提供了一種新的手段，也為細(xì)胞重編程研究提供了一種新的系統(tǒng)。
