
从表面上看,实验室里面用于动物实验的只是一只普通的老鼠,大家叫她多拉米。她长到了健康的体重,有了自己的幼崽,并在她的第二个生日附近自然死亡。这个年龄段大约是人类年龄的70岁,对一只实验室小鼠来说完全没有什么特别之处。
除了一件事:多拉米是由冻干的细胞克隆的。而且不是普通的细胞,她是由体细胞,构成我们身体的细胞,而不是精子或卵子克隆的。
多拉米是几十年来推动利用克隆作为保护生物多样性的一种方式的最新尝试。多莉羊的胜利使人们清楚地认识到,利用生殖细胞使动物复活是可能的。从那时起,恢复已灭绝的动物或对现有动物进行生物银行存储的梦想就一直吸引着科学家的想象力和更多的努力。保存一个物种的DNA的一个有力方法是将精子储存在液氮中。在大约零下320华氏度的温度下,细胞可以在时间上被冷冻结多多年。
但是有一个小插曲。从濒临灭绝的动物身上收集生殖细胞,简单地说这是极其困难的。相比之下,刮掉一些皮肤细胞或剃掉一些毛发则相对简单。这些细胞含有动物的完整DNA,但它们这些细胞很脆弱。
由日本山梨大学的若山照彦(Teruhiko Wakayama)博士领导的这项新研究实现了从精子到皮肤的飞跃。该团队开发了一个会让任何高级餐厅厨师感到自豪的高度技术配方,成功地从从雄性和雌性小鼠捐赠者那里收集的冻干体细胞中克隆出75只健康的小鼠。包括多拉米在内的许多后代都有了自己的幼崽。
该技术的成功率最多只有大约5%,而且低至0.2%,远非高效。但这一策略为实现更大的目标开辟了一条道路:我们有能力储存并有可能恢复接近灭绝的物种的基因变异。
对Revive & Restore公司的首席科学家本·诺瓦克博士来说,这项研究尽管不完美,但却是一个值得欢迎的进步。"他说:"从保护的角度来看,创新生物库中可繁殖的组织类型的新方法是一个很大的需求......所以看到这种突破真的很令人兴奋。
生物保存食谱
细胞是脆弱的生物。想象一下,一个水汪汪的圆球,其气球状的墙壁上拴着微小的分子工厂。在没有保护措施的情况下冷冻细胞会导致水状成分形成尖锐的冰晶,从而损害细胞的内部成分并刺穿细胞壁。当加热到正常温度时,就像一个泄漏的针垫一样,细胞没有生存的机会了。
科学家们最终找到了保存细胞的成功秘诀:关键是加入一种化学防冻剂,并将细胞储存在重金属液氮罐中。细胞悬浮在盒子里的小瓶中,这些盒子可以滑入一个类似塔的金属笼中。根据不同的细胞类型,它们可以被保存数年。问题是什么?这种设置很昂贵,难以维护,而且容易发生电力故障。任何中断都可能导致所有样品的灾难性损失。对于生物多样性来说,在动物附近安装这样一个复杂的装置并不总是可行的。
一定有一个更好的方法。

几年前,若山照彦(Teruhiko Wakayama)博士就开始了推动细胞储存极限的征程。他专注于一种特定的方法:冻干。背包客和宇航员大都知道,冻干细胞是保存食物营养的一种方法,但事实证明,冻干细胞是相对简单的。在世纪之交,若山和他的团队展示了冷冻干燥精子用于繁殖的可能性。这个配方是如此强大,它使精子在国际空间站上存活了数年,同时受到环境水平辐射的轰击。在没有气候控制的情况下,将精子扔进办公桌的抽屉里一年后,它也引起了活着的后代。
体细胞是一个不同的问题。与精子不同,构成我们身体的细胞更容易被水分子粘住我们的DNA结构,细胞核更加脆弱。当被冷冻时,这意味着细胞会经历多得多的损害,使它们无法用于克隆。
该团队写道:"到目前为止,冷冻干燥后产生后代的唯一细胞是成熟的精子精子。”
一个新的配方
新的工作是为了实现不可能的目标:我们能否用冻干的体细胞克隆动物?
在第一轮实验中,该团队从雌性小鼠身上分离出通常支持卵细胞的细胞。他们将这些细胞扔在两种保护性化学品中,并在液氮中冷冻干燥这些样本。但是这种措施并不漂亮:所有细胞的保护膜都破裂了,有破碎的迹象,但拥有相对完整的DNA。
继续前行,该团队随后在储存长达8个月后将冷冻样本重新水化。他们从无生命的粉末中分离出细胞核,即容纳DNA的种子状结构,并将其移植到一个被吸出遗传物质的卵细胞中。这就像把一本书的文字换成另一本书一样,完全改变了它的生物学意义。
事情变得更加复杂。这些最初的 "编辑 "卵细胞无法繁殖,可能是由于DNA和表观遗传学的损害。作为一种变通方法,该团队利用这些细胞形成了多个胚胎细胞系。这些是有弹性的工人,在纠正DNA损伤方面特别有效。
一旦茁壮成长,该团队便吸出它们的遗传物质,并将其注入黑毛小鼠的卵子中。由此产生的胚胎被留在有白色毛发的小鼠体内发育:代孕母亲。所有产生的幼崽都具有其DNA捐赠者的闪亮的黑毛,体重和生育能力完全正常。

该团队解释说:"成熟后,我们随机选择了9只雌性和3只雄性克隆小鼠与正常实验室小鼠交配。大约三个月后,所有的克隆雌性小鼠都生下了下一代:四只爪子、胡须和小鼠的习性都完好无损。用尾巴顶端的皮肤细胞重复这一实验,该团队又克隆了十几只小鼠。"
这个配方并没有完全按计划进行。在一个奇怪的试验中,研究小组用雄性小鼠的细胞来克隆下一代,而所有的后代都变成了雌性。深入研究后,他们发现在这个过程中,Y染色体:指定生物雄性不知何故丢失了,导致了一个全雌性的神奇效应。对作者来说,这是过程中的一个转折点,但对实际使用来说不是一个爆发点。他们说:"这些结果表明,即使Y染色体丢失确实发生,这种技术仍然可以用于极端情况下的可用遗传资源,例如几乎灭绝的物种。"
保护的图书馆?
该技术远非完美。它很繁琐,成功率低,而且仍然需要冷冻室的储存温度,这使得它容易受到能源网故障的影响。
对于没有参与这项研究的赫特福德大学的阿莱娜·潘斯(Alena Pance)博士来说,现在最重要的问题是遗传物质可以储存多长时间。她说:"最重要的是显示出在这些条件下的延长、无限期存储,以便该系统提供有效的物种和样本的长期保存"。
作者同意,还有更多的谜团。与精子相比,身体可能更难修复体细胞中的DNA损伤,这使它们的能量从开发一个功能齐全的卵子中抽走。他们的表观遗传学,调节基因如何开启或关闭也可能因为不完全的重新编程而被搞乱。
归根结底,这只是第一步。与生殖细胞相比,体细胞更容易捕获,特别是对于不孕不育或幼年动物。做起来更容易、更便宜是一个优点。该团队现在正寻求从尸体或粪便中捕获遗传物质,以扩大范围。
潘斯说:"这项工作中描述的方法为目前的银行方法提供了一个替代方案,当然,允许更多的温差将是一个很大的优势。"