發(fā)布日期：2017-07-11

世界首例基因編輯克隆犬“龍龍”出生第28天，它是世界首例基因編輯疾病模型犬“蘋果”的克隆犬。

世界首例基因編輯動脈粥樣硬化疾病模型犬“蘋果”。

剛剛出生的“龍龍”。

科研人員在實驗室進行犬體細胞核移植實驗。本報記者 洪星攝

“龍龍”正在吮吸“代孕狗媽媽”的乳汁。本報記者 洪星攝

“蘋果”因敲除了APOE基因，產生動脈粥樣硬化的疾病表型。本報記者 洪星攝

在中關村科技園區(qū)昌平園的北京希諾谷生物科技有限公司的繁育實驗室，一只黑白黃相間的小狗正吮吸著“母親”的乳汁。不過，生下它的是代孕媽媽——一只普通的比格犬；它的供體細胞則來自世界首例人類基因編輯疾病模型犬“蘋果”。

這條名叫“龍龍”的小狗是我國首例完全自主培育的體細胞克隆犬，更是世界首例基因編輯克隆犬。

聽了是不是很暈？通俗地說，就是人們對狗敲入或敲除某個基因，對它“功能定制”；然后以其為模本進行復制或“批量”生產，即克隆。這在我國甚至世界還是頭一次。最近，第二只代孕犬又生了兩只“蘋果”的克隆犬，并經(jīng)過DNA同一性鑒定。

“這標志著我國成為繼韓國之后，第二個獨立掌握犬體細胞克隆技術的國家。” 中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院賴良學研究員告訴科技日報記者，基因編輯技術對動物性狀干預，克服了克隆動物本身帶來的生理缺陷，并按照人類意愿向更好更健康的方向發(fā)展。

通過“基因編輯+克隆”技術，狗可以根據(jù)需要變得嗅覺更靈敏、肌肉更發(fā)達或者罹患某種疾病。按照理論，“定制”動物就可以實現(xiàn)“批量”復制。

基因編輯，神奇的剪刀

這是一個奇妙的故事。先從“龍龍”的供體“蘋果”說起。“蘋果”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“葫蘆”也順利出生了。經(jīng)過近半年的觀察與檢測，這兩只幼犬都表現(xiàn)出一些動脈粥樣硬化的典型癥狀，如脂類代謝發(fā)生紊亂、高血脂等，這正是研究人員希望看到的。“蘋果”就此成為世界首例動脈粥樣硬化疾病模型犬。

動脈粥樣硬化是一種老年多發(fā)性疾病。在眾多的發(fā)病因素中，有個叫做APOE的關鍵基因，對脂質的運輸和代謝發(fā)揮主要作用。如果敲除犬的APOE基因，可使其血漿膽固醇升高，誘發(fā)粥樣硬化病變。“蘋果”得名也是緣于這個基因的讀音。“蘋果”和“葫蘆”就是被敲除了這個基因。作為一種疾病模型動物，它倆可以被人類用來研究動脈粥樣硬化疾病發(fā)生機理以及驗證新藥療效。

那么，如何讓功能基因想要就要、想沒就沒呢？研究人員利用的是最近生物學上“紅得發(fā)紫”的第三代最新基因編輯技術CRISPR/Cas9，它具有構建簡單方便、基因打靶效率更高等特點。目前世界各國科學家已利用該技術成功培育出基因編輯牛、羊、豬、兔、小鼠、大鼠等動物以及人類胚胎。

在狗狗身上打主意，實現(xiàn)基因敲除，并非首次。2015年，賴良學取得世界首例基因打靶犬，通過敲除犬肌肉生長抑制素基因，讓其比普通犬更加肌肉發(fā)達。其中一條狗也因此得名“大力神”。

該項科研成果為基因編輯犬的制備開辟了新方法。隨后，希諾谷公司科研團隊在賴良學帶領下利用該技術，敲除犬APOE基因，首次將其應用于人類遺傳疾病犬模型的培育，并取得成功。

好多動物被克隆，為什么狗剩下了

有了“蘋果”后，研究人員就開始對它進行體細胞克隆。因為體細胞克隆技術能一次性培育出一批遺傳背景一致、年齡相近的實驗犬，便于更有效地篩選出療效顯著的新藥，于是就有了“龍龍”。

其實，克隆并不是新鮮事。1996年第一只體細胞克隆綿羊“多莉”誕生后，小鼠、牛、山羊、豬、貓、兔、騾、馬、大鼠等多種哺乳動物的體細胞克隆相繼獲得成功。但克隆犬卻遲遲沒做出來，因為犬被科學界普遍認為是最難克隆的動物之一。

“在模式動物中，犬比豬的應用歷史更長，但由于犬克隆技術不成熟，犬的疾病模型工作也一直推展不開。”賴良學介紹，犬克隆難是因為犬卵母細胞質量較差，犬克隆胚制備技術難度大；犬發(fā)情持續(xù)時間長，因而克隆胚與代孕母的生殖周期難以同步化等。這都成為犬體細胞克隆的瓶頸，制約了該技術的應用。

體細胞克隆犬直到2005年才由韓國科學家黃禹錫成功制備。黃禹錫？對，沒錯，就是那個因干細胞造假跌下神壇的學術大牛，但他在克隆犬方面的貢獻還是有目共睹的。他開發(fā)的克隆犬“獨門絕技”讓韓國足足“笑傲世界江湖”十幾年。

但這個壟斷終于被中國人打破了！希諾谷公司相繼攻克了犬體細胞系建立、卵母細胞供體犬的發(fā)情鑒定、成熟卵母細胞的獲取、體細胞核移植、胚胎融合激活及胚胎移植等技術難題，建立了具有自主知識產權的犬體細胞克隆技術平臺。“我們通過優(yōu)化體細胞克隆技術平臺，提高了犬克隆胚胎的著床效率。著床效率最高的一次是移植了7枚胚胎，有5枚胚胎成功著床，最終生了2只健康的克隆犬；而據(jù)韓國報道，出生一只克隆犬，最少要移植12枚胚胎。此外，我國克隆犬目前的懷孕率在50%左右，高于韓國。” 從事此工作的馮沖博士介紹。

對生命科學的理解更深刻

開發(fā)基因編輯克隆犬技術有什么用？在中國農業(yè)大學動物醫(yī)學院施振聲教授看來，最重要的還是生物學的意義。“它使我們對生命科學特別是克隆技術的理解更加深刻。狗的生殖生理系統(tǒng)與其它哺乳動物有巨大差異，克隆非常難，這次成功說明中國生物技術的飛躍。”

“基因編輯疾病模型犬具有很大優(yōu)勢，將有助于人類醫(yī)藥和遺傳疾病的研究，同時也會促進獸醫(yī)學發(fā)展。”施振聲說，犬是非常理想和成熟的實驗動物，犬與人類在營養(yǎng)代謝、生理解剖等方面有很多相似點，犬有900種遺傳疾病，其中有400多種與人類遺傳相似。而且狗溫順，易控制、易配合，是藥篩的主要動物之一。

馮沖介紹，傳統(tǒng)的制備犬疾病模型的主要方法是飼喂法、機械損傷法及免疫學方法等，就是在健康動物的基礎上，采用特殊的方法誘導使其出現(xiàn)疾病表型；而對犬基因組進行基因編輯，其疾病癥狀為原發(fā)癥狀，表型持續(xù)時間長，且具有可遺傳性，通過自然繁殖即可獲得子代疾病模型犬。

“目前，已有一些藥企與我們聯(lián)系，公司預計2017年將獲得自閉癥等5至6種疾病模型犬。”希諾谷公司聯(lián)合創(chuàng)始人米繼東透露。

公安部南昌警犬基地黨委書記葉俊華認為，基因編輯克隆犬另一個應用領域，就是緝毒犬、搜救犬、軍犬及導盲犬等均有特殊用途的工作犬市場。工作犬以前通過自然繁育，好的品種選育困難，需求大成本高。

而通過基因改造，可以使狗肌肉棒棒噠，嗅覺靈靈的，更聰明抗疲勞，撲咬能力較普通狗更勝一籌等。目前，韓國已經(jīng)開辟了這一市場。

“犬是人類最主要的伴侶動物，犬的壽命一般只有十幾年，克隆犬可以從某種程度上延續(xù)主人對過世寵物犬的感情。”施振聲介紹，在寵物犬克隆方面，韓國和美國已有先例。

在韓國，黃禹錫以各種方式贈送給個人或機構數(shù)百只克隆犬。米繼東對中國克隆寵物犬市場也充滿信心：“韓國克隆犬的價格是10萬美金一只，我們憑借穩(wěn)定的技術體系，再加上商業(yè)推廣，達到一定規(guī)模后，有望將成本降到一半。”

不過，近幾年，韓國也有企業(yè)開始進入中國克隆動物商業(yè)市場，中國本土企業(yè)能否分庭抗禮，讓人拭目以待。

來源：科技日報