动物克隆技术及其面临的问题
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摘要：随着生命科学时代的到来，基因研究已经取得了巨大的进展，克隆技术特别是人的克隆技术作为基因研究的重要组成部分，愈来愈引起社会各界的广泛关注。克隆技术作为人类的创造性活动，有其产生和存在的合理性。克隆包含这动物、植物克隆等方面，动物克隆技术在畜牧业生产、医药生产和疾病治疗、生物学基础理论研究、野生珍稀濒危动物的拯救和保护,以及动物转基因工程等诸多领域蕴藏巨大的应用潜力。通过科学研究者近十年的努力,哺乳动物的克隆技术在农业和生物制药等方面取得了划时代的进步,展示了克隆技术的巨大应用价值和广阔的发展前景。但克隆技术目前仍存在一些问题,如克隆技术对社会的影响。人类克隆技术的进步为人类带来的利益是巨大的,因而它的发展是难以阻止的。应对人类克隆技术带来的巨大挑战,生命伦理学不仅要随着技术的进步提出新的实践规范,同时也要做好道德哲学革命的准备。在技术进步和伦理发展互动的视野中,“能做”与“该做”的问题实际上是一个“该怎么做”的问题。禁止生殖性克隆,发展治疗性克隆是当前最正确的一种选择。
关键词：动物克隆技术；
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Abstract: With the era of life sciences, genetic research has made great progre, cloning technology, especially human cloning technology as an important component of genetic research, more and more aroused extensive attention.Cloning of human creative activity, as has its emergence and existence of the reasonable.Clone containing the animal, plant cloning two aspects of animal cloning technology in animal production, pharmaceutical production and disease treatment, biological basis of theoretical research, rare and endangered wildlife rescue and protection of animals and animal genetic engineering and other fields which poees a large potential applications.Through the efforts of scientific researchers in recent years, mammalian cloning technology in agriculture and bio-pharmaceutical and other epoch-making progre has been made, demonstrating the tremendous value of cloning technology and broad prospects for development.But cloning technology is still some problems, such as the impact of cloning technology on society.The progre of human cloning for human benefits are enormous, and so its development is difficult to prevent.Response to the enormous human cloning challenges, bioethics not only with advances in technology make the new practice norms, but also good preparation for the revolution of moral philosophy.Technological advances and ethical development in the interactive field of vision, \"can do\" and \"to do\" question is actually a \"how to do\" iue.Ban on reproductive cloning, the development of therapeutic cloning is the most correct option.
Keywords: animal cloning technology; influence
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1、克隆技术：
“克隆”(clone )，即无性繁殖系(asexual reproduction )。无性繁殖的手段有多种，包括孤雌生殖、卵裂球的分离与培养、胚胎切割和细胞核移植等。而产生克隆动物的方法则称之为动物克隆技术。
在《中国大百科全书·生物学卷》中，对“克隆”的解释是:克隆又称无性繁殖细胞系和无性繁殖系,是一个细胞或个体以无性方式重复分裂或繁殖所产生的一群细胞或一群个体,在不发生突变的情况下,具有完全相同的遗传结构。同整个生物界的进程一样,克隆技术也是由低级到高级、由简单到复杂不断发展和进步的。它由单个细胞获得2个以上细胞、细胞群或生物体,发展到生物体内部的生物大分子的自我复制,在DNA复制酶的作用下,DNA分子可以复制生成两个一模一样的DNA分子。所以,克隆技术从细胞到分子、从植物到动物不断向前发展,特别是高等哺乳动物的克隆成功,标志着生命高科技水平已经进入一个崭新的阶段。
动物克隆技术是通过显微操作技术把细胞核(供体)移人去除遗传物质的成熟卵母细胞(受体)中，细胞核在移人的细胞质的支持下，发生发育程序重编(reprogramming )，形成重组胚，使得核质重组体与正常受精卵一样，经细胞分裂、分化、并在母体内发育成一个新的动物个体称为细胞核移植技术。在高等哺乳动物中，细胞核移植技术是生产克隆动物最为有效的克隆技术，因此，动物克隆技术实际上是指细胞核移植技术。
2、动物克隆技术的进程：
1938年,国外就有人提出用成年动物的细胞核植入卵子法克隆哺乳动物的设想。
1960年和1962年,英国牛津大学的科学家先后用非洲一种有爪的蟾蜍(非洲蟾蜍)进行克隆实验。
1978年,我国著名科学家童第周成功地进行了克隆黑斑蛙的实验,他将黑斑蛙的红细胞核移入了事先去除了核的黑斑蛙的卵中,这种换核卵发育成了黑斑蛙的蝌蚪。
1979年春,中国科学院武汉水生物研究所的科学家,用鲫鱼囊胚期的细胞进行培养,最后走卵孵出鱼苗。在成功克隆出了鲫鱼后,他们进行了用鲤鱼胚胎细胞
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核取代鲫鱼卵细胞核的的实验,最终培育出了长有“胡须”的“鲤鲫鱼”。
两栖类动物和鱼类克隆成功后,科学家们开始了克隆哺乳动物的实验研究。美国和瑞典的科学家率先从灰色小鼠的胚胎细胞中取出细胞核,取代黑色小鼠受精卵细胞核,在试管中培养，然后再植入白色小鼠的子宫内,经过多次实验,最终白色小鼠生下3只小灰鼠。
1984年,斯蒂思·威拉德森用胚胎细胞克隆出了一只羊,这是第一例得到证实的克隆哺乳动物。
1996年,第一例用成年哺乳动物体细胞克隆出的哺乳动物个体-克隆羊多莉出世,开创了体细胞繁殖哺乳动物的成功先例。
2003年5月28日,世界上第一例真正的自体克隆动物—不用代孕母亲母体自身繁育自己的体细胞克隆体的克隆动物诞生,这匹健康克隆马的出世,是世界上首例哺乳动物生下自己的克隆体。
2003年8月,中国科学家在世界上首次采用克隆技术培育出含人、兔DNA混合物胚胎。
2003年9月,美国克隆技术专家扎沃斯宣布他已克隆出了含人、牛DNA的混合胚胎。人与动物DNA混合胚胎的培育成功,为克服人类细胞染色体在克隆的“核移植”过程中常会出现的破坏和紊乱现象迈出了重要的一步。据提前出版的美国《连线》杂志披露,美国先进细胞技术公司的兰扎等人在不久前成功克隆了含16个细胞的人类早期胚胎,可以植入子宫繁殖后代。
3、克隆的应用：
动物克隆技术已展示出广阔的应用前景,概括起来大致有以下四个方面:(1) 动物克隆技术用于畜牡业生产;(2)生产转基因动物;(3)生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法;(4)复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源。（5）克隆技术与转基因技术结合（6）神克隆菌。
3.1动物克隆技术用于畜牡业生产：
利用优良动物品种的体细胞作核供体克隆动物，大大缩短育、种年限，加速动物育种的进程。在动物杂种优势利用方面，可增强选育的种畜性状稳定，提高育种效率。
3.2生产转基因动物：
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转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一,转基因动物可作为医用器官移植的供体、生物反应器,以及用于家畜遗传改良,创建疾病实验模型等。体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命,动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。当今动物克隆技术最重要的应用方向之一,就是高附加值转基因克隆动物的研究开发。
3.3生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法：
在体细胞克隆动物成功率低的情况下,利用ES细胞(embryonic stem cells)进行克隆可以增加成功率，因为ES是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型,来替代那些受损的体内组织,比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。因此Wakayama等用小鼠ES系细胞作核供体获得核移植小鼠, Mueller等用长期培养的PGCS (primordial germ cells)克隆获得一头公牛,Iwasaki等用牛ES细胞和四倍体胚胎聚合的嵌合体获得小牛, Amano等用小鼠ES细胞作核供体获得后代。通过克隆动物的胚胎干细胞作异源移植,可以解决人类移植器官供求矛盾。利用克隆技术对人类细胞和组织进行治疗。用ES细胞定向分化作为种子细胞,将解决所用胚胎和卵母细胞来源困难和伦理问题。现已从小鼠体细胞克隆胚胎中获得了35株ES细胞系,这为获得ES细胞提供了可行的办法。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗,而非得到克隆个体,科学家们称之为“治疗克隆”。
3.4复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源：
克隆技术在抢救濒危珍稀物种、保护生物多样性方面可发挥重要作用。以濒危稀有动物的体细胞为供核细胞进行种间核移植，可以解决对濒危稀有动物卵母细胞成熟不够、卵母细胞数量不足等问题。陈大元等,Lanza等和Vogel等在这些领域做出了艰苦卓绝的工作，受到广泛的关注。
3.5克隆技术与转基因技术结合：
体细胞核移植技术和转基因技术的结合将对解决人类器官移植来源、医药生产和疾病治疗、生物学基础理论研究等具有非常重要的意义。目前,用基因打靶技术筛选出阳性细胞作供核体进行核移植,得到转基因动物。核移植可以通过鉴
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别核供体的核型而预先得知转基因动物的性别,可选择性地制备雌性的转基因动物,有利于在母乳中表达外源基因。Schnieke等获得了表达治疗人血友病的凝血因子IX转基因克隆绵羊“波利”(Polly), Cibelli等获得染色体上整合了外源基因β-半乳糖苷酶的转基因牛, Baguisi等获得了转基因山羊, McCreath等成功获得了第一只定点整合外源基因的克隆绵羊, Lai等研究成功敲除α-1,3-半乳糖苷转移酶基因的克隆猪,成勇等获得了转基因山羊,龚国春等成功获得了转基因牛囊胚和转基因克隆牛等。
3.6神克隆菌：
寄生菌(神克隆菌)是一种“以菌吃菌”来解决循环水的腐浆问题。 造纸闭路循环系统,水体富营养化程度高,微生物生长易产生腐浆、阴离子垃圾及管道腐蚀等问题。本项目从大自然中分离出有害致病菌的天敌噬菌蛭弧菌,利用分子生物学手段与方法进行“基因鉴定”,培育出适应造纸水环境的寄生菌(噬菌蛭弧菌),再同红平红球菌、硅酸盐芽孢杆菌等非寄生菌进行复配成复合微生态制剂-神克隆菌。至今在国内外未见有将噬菌蛭弧菌应用到造纸领域。
神克隆菌是以寄生菌和非寄生菌复配的复合微生态制剂,该菌既能防治造纸腐浆,又能净化水质。神克隆菌中的噬菌蛭弧菌具有噬菌体的作用机制,能吞噬多种有害细菌,替代常规化学消毒剂防止腐浆、减少管道壁粘泥的作用,又有常规活菌对循环水进行生态修复的功能。如图
1、图2。而现有微生态制剂为非寄生性活菌,只能分解有机物,不能吞噬有害细菌,并易产生腐浆。
图1神克隆菌
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图2神克隆菌吞噬大肠杆菌
4、克隆技术面临的问题：
尽管动物克隆技术有着广泛的应用前景,但离产业化尚有很大距离。动物克隆技术作为一个新兴的研究领域,虽然在理论和技术上都还不完善，同时他还对社会有着一定的影响。在技术上面动物克隆技术有着：（1）克隆效率太低,克隆动物早衰严重；（2）端粒问题；（3）重新编程的问题；（4）基因印迹机理不清；（5）克隆技术条件。还有就是社会伦理上存在的问题也是相当严重的。
4.1克隆效率太低,克隆动物早衰严重：
克隆动物健康问题很多,世界各地的克隆动物流产、夭折、畸形现象都非常严重。核移植总体效率低,一般仅为1%~6%。这可能与供体核移入受体胞质后的重塑有关。供体核发生去甲基化、去乙酰化等多种变化,在核重塑过程中基因表达异常都可能导致克隆效率降低。这说明应进一步明确供核基因组的甲基化和乙酰化与核移植胚胎发育的作用机制。
克隆动物效率低与核移植胚胎细胞内的染色体异常、胚胎细胞凋亡、胚胎早期死亡、流产、胎盘发育异常有关。重组胚胎的形态、发育潜能与胚胎细胞凋亡,囊胚的内细胞团之间,内细胞团同滋养层细胞之间的关系与细胞数量的比例之间关系及发育机制需进一步深入研究。染色体异常与核移植胚胎的妊娠失败和克隆动物的先天性畸形之间的关系尚不清楚。
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克隆动物早衰、存活率低现象是当今核移植技术的最大缺陷。而以成年体细胞核作核供体问题尤为严重。它突出表现为:孕期流产率高,围产期死亡率高,新生仔畜体重较重及出生后对环境适应性较差,出生后发病率高和畸形率高。这可能与核移植技术程序有关,对细胞膜和细胞超显微结构产生了机械和电击损伤以及一些物质对细胞产生的化学毒害作用,这些机理需进一步研究。
4.2端粒问题：
在正常生理条件下的体细胞随着分裂次数的增加,端粒会逐渐缩短。克隆羊“多莉”细胞端粒较短,可能影响其寿命。据Shiels等报道克隆羊端粒较同年羊的短。Tian等报道以牛胎儿成纤维细胞作供体的核移植后代端粒比对照组长。Miyashita等报道克隆个体间端粒长度差异显著。Xu等的研究表明克隆动物端粒长度可以恢复。Lanza等报道体细胞克隆牛实验过程逆转了供体母牛体细胞的老化,端粒长度反而增加,克隆牛寿命延长。Kubota等指出,克隆胚胎流产不是端粒长短造成的。这一系列的研究结果表明,克隆后代端粒长度有差别。端粒长度可能不是造成克隆动物高死亡率的原因。在胚胎发育过程中的端粒机制还有待进一步深入研究。
4.3重新编程的问题：
重新编程的机制不明,缺乏基础理论支撑。有些学者认为卵母细胞内有重编程因子存在,也有学者认为, MPF (maturation promoting factor)和有丝分裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated proteinkinase, MAPK)的活性与重编程没有直接调控关系。重编程程度尚不足以支持着床后胚胎的发育,需进一步探索核移植后重编程对克隆成功的影响因素。
最近的研究表明,重编程可能在核移植后的早期就已经启动,随着胚胎发育逐步深入会造成发育阻断或抑制,对不同阶段胚胎发育所需的最佳环境培养的深入研究有助于阐明重编程机制。研究表明核移植后细胞核激活与早期胚胎原核发育类似,但基因组重新编程的机制详细信息尚不清楚。其中, MPF、核膜破裂(nuclear envelope breakdown, NEBD)和早熟染色体凝集(prematurechromosome condensation, PCC)在基因组重编过程中的作用还需明确。
4.4基因印迹机理不清：
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基因印迹(imprinting)是同源染色体上基因表达活性不同的遗传现象。基因印迹现象在哺乳动物的发育过程中普遍存在,它与胚胎的生长发育和胎盘功能等都有关系。有研究表明被检测的核移植胚胎基因表达不正常,也有报道核移植胚胎均有几百个非印迹基因表达异常。印迹基因异常表达是造成克隆动物不正常的原因。由此看来,合子前不完全重新编程影响着印迹基因和大多数非印迹基因的表达,从而导致克隆动物异常。基因印迹对核移植后基因组重新编程的影响不明确。基因印迹与动物克隆技术的成功及关系值得深入研究。克隆动物种属及其细胞的差异,不同种属动物的克隆难易不同,其中的原因目前人们还不清楚。
4.5克隆技术条件：
动物克隆研究已在理论基础、技术优化及实际应用等方面取得很大进展,但该技术目前还很不完善,克隆机理性的相关理论研究还很薄弱。另外,克隆胚胎与正常胚胎发育有何异同;胚胎细胞超显微结构及其功能等;线粒体与核移植胚胎发育的关系;细胞核移植的克隆动物在发育生物学中的一些基础问题,如细胞核质关系、细胞核发育全能性和多能性等,对这些问题的深入研究,将有助于加深人们对动物胚胎发育过程中分子机制的认识。动物克隆技术的不断完善,还需要分子遗传学、细胞学、发育生物学等相关基础学科的进一步研究和发展。因此,要提高动物克隆的成功率尚需不懈的努力。
4.6社会伦理：
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
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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。
5、结束语：
人类克隆技术的发展是一把双刃剑,如果发展得当,可给人类和社会带来利益和福祉,发展不得当,也有可能给人类带来灾难和混乱。发展治疗性克隆、禁止生殖性克隆是眼下既符合技术发展趋势也适应了科技伦理在保守和开放之间形成张力的需要。但是我们不能为此而产生丝毫松懈,以为克隆人不会出现了,那就大错特错了。治疗性克隆和生殖性克隆从技术上讲没有什么大的不同,前者的发展同时也意味着后者的进步。这种做法的着眼点是要紧跟世界科技发展的潮流,充分利用克隆技术为人类带来的巨大利益,又要严格控制可能造成混乱的克隆人出现。但同时也必须做好各方面包括伦理学和道德哲学的工作,准备应对克隆人的出现。
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