克隆概述 克隆是“克隆”或“克隆”的音译，而“克隆”源于希腊语“Klone”，意思是在无性繁殖或营养繁殖中生长的幼苗或芽，如插入杆和嫁接。今天，克隆是指生物体通过体细胞和由克隆繁殖产生的具有相同基因型的后代个体组成的群体进行克隆繁殖。克隆也可以理解为复制、复制，即从原型中产生相同的副本，其外观和遗传基因与原型完全相同。今天，“克隆”的含义不仅仅是“无性繁殖”，所有来自同一祖先，无性繁殖的一群个体，也称为“克隆”。这组来自同一祖先的无性后代也被称为“无性系”，或简称克隆。简单地说，这是一种人工诱导的无性繁殖。但是克隆不同于无性生殖。无性生殖是指一种生物在没有雌雄生殖细胞结合的情况下产生后代的生殖方式，包括孢子生殖、芽殖生殖和分裂生殖。由根、茎、叶组成的植物通过切片或嫁接产生新的个体也称为无性生殖。像羊、猴子和牛这样的动物如果没有人工操作就不能无性繁殖。克隆羊多莉也是克隆技术的产物。科学家把人工操纵动物基因繁殖的过程称为克隆，这种生物技术称为克隆技术。关于克隆的想法，我国明代作家吴承恩有精彩的描写，孙悟空经常在关键时刻把一只猴子的毛拉成一大群猴子，把猴子的毛拉成猴子就是克隆猴。 克隆是中国大陆“克隆”一词的音译，在台湾、香港和澳门一般译为“克隆”。它是利用生物技术制造出与原个体完全相同的克隆体的克隆过程。科学家把人工基因操纵动物繁殖的过程称为克隆，这种生物技术被称为克隆技术，其本身的含义是无性繁殖，即由同一祖先细胞分裂繁殖而形成一个纯细胞系，该细胞系中每个细胞的基因都是相互相同的。 另一种克隆方法是从两个或两个以上的人身上提取遗传细胞，并将它们组合成一个胚胎，这个胚胎将具有几个提供基因的人的特征。与游戏中的克隆人47\17(终极刺客# 47)一样，主角“杀手47”也是克隆人。他的基因来自五个人的组合。 【编辑本段】克隆的基本过程 首先，将含有遗传物质的供体细胞核移植到去核的卵细胞中，通过微电刺激使两个细胞融合在一起。然后，新细胞被促使分裂、繁殖并发育成胚胎。当胚胎发育到一定程度时，将其植入动物的子宫，使动物怀孕，然后与细胞供体具有相同基因的动物就出生了。在这个过程中，如果对供体细胞进行基因改造，克隆后代的基因将是相同的。 克隆技术不需要性别，也不需要精子和卵子的结合，只需要从动物身上提取一个单细胞，用人工的方法将其培养成胚胎，然后将胚胎植入雌性动物体内，就能生出新的个体。在单细胞中生长的克隆动物与单细胞供体具有完全相同的特征，是单细胞供体的“复制品”。英国和俄勒冈州的科学家创造了一只克隆羊和一只克隆猴子。克隆技术的成功被称为“历史性事件和科学创举”。有些人甚至认为克隆技术可以与原子弹的发展相提并论。 克隆技术可以用来生产“克隆”，可以用来“复制”人，因此在全世界引起了广泛的关注。克隆对人类来说是福还是祸？唯物辩证法认为，世界上一切事物都是矛盾的统一，都分为两个部分。克隆也是如此。如果克隆技术被用来“复制”希特勒这样的战争狂人，它会给人类社会带来什么？即使是用来“复制”普通人，也会带来一系列的伦理道德问题。如果克隆技术应用于畜牧生产，将会给优良畜牧品种的育种和繁殖带来根本性的变化。如果克隆技术用于基因治疗研究，就很有可能克服那些危及生命和健康的癌症、艾滋病等疾病。克隆技术就像原子技术一样，是一把双刃剑，剑柄在人类手中。人类应该共同行动起来，避免“克隆人”的出现，让克隆技术造福人类社会。 【编辑本段】克隆的早期研究 除了发生突变外，同一克隆体中所有成员的基因组成都是相同的。克隆天然植物、动物和微生物在自然界已经存在。例如，同卵双胞胎实际上是一种克隆。然而，自然界哺乳动物克隆的发生率很低，成员人数太少(通常为两人)，而且缺乏目的性，因此很少能用于为人类造福，因此人们开始探索人工方法来产生高等动物克隆。因此，克隆这个词开始被用作动词，指克隆动物的人工繁殖。 目前，实现哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。克隆羊多莉，以及世界各地科学家培育的各种克隆动物，都使用了核移植技术。所谓核移植，是指通过显微外科手术和细胞融合，将处于不同发育阶段的胚胎或成年动物的细胞核移植到有核卵母细胞中，使胚胎重构并成熟的过程。与胚胎分割不同，核移植，特别是连续核移植，可以产生无限数量的基因相同的个体。由于核移植是一种生产克隆动物的有效方法，因此常被称为动物克隆技术。 利用细胞核移植克隆动物的想法最早是在1938年由汉斯斯佩曼提出的，他称这是一个“奇怪的实验”，在这个实验中，细胞核从发育后期(成熟或不成熟)的胚胎中取出，移植到卵子中。这个想法现在是克隆动物的基本方法。 1952年，科学家首先用青蛙进行了核转移克隆实验，随后获得了蝌蚪和成年青蛙。1963年，童地洲教授率领的科研小组首次研究了以金鱼为材料的鱼胚核移植技术，并取得了成功。1964年，英国科学家J.Gurdon用紫外线照射老爪蟾未受精卵，破坏其细胞核，然后从蝌蚪体细胞的33,354个场上皮细胞中吸收细胞核，并将细胞核注入细胞核受损的卵中。结果发现，这些有核的卵中有1.5%分化为正常的成年青蛙。格登的实验首次证明了动物体细胞核的全面性。 哺乳动物胚胎核移植的第一个结果于1981年获得。卡尔伊门泽尔和彼得霍普用小鼠胚胎细胞培育出发育正常的小鼠。1984年，斯特恩维拉森(Stern Villadsen)用取自绵羊的未成熟胚胎细胞克隆了一只活羊，此后，其他人用各种动物(包括牛、猪、山羊、兔子和猕猴)重复了他的实验方法。1989年，维拉森连续获得了第二代克隆牛。1994年，尼尔菲尔斯特从已经长出至少120个细胞的晚期胚胎中克隆出了牛。到1995年，冷冻胚胎和体外胚胎的核移植在所有主要哺乳动物中都取得了成功；胚胎干细胞和成体干细胞的核移植实验也进行了尝试。然而，分化的成年动物细胞核移植直到1995年才取得成功。 克隆绵羊“多莉”的意义及影响 这些都表明，在1997年2月罗斯林研究所威尔穆特博士研究组宣布克隆绵羊多莉成功之前，胚胎核移植技术已经取得了很大的进步。事实上，“多莉”的克隆遵循了核移植技术中胚胎核移植的全过程，但这并不降低“多莉”的意义，因为它是世界上第一个通过体细胞核移植诞生的动物，是克隆技术研究领域的巨大突破。这一重大进展意味着，从理论上讲，已经证明，像植物细胞一样，分化动物的细胞核是全能性的，在分化过程中，细胞核中的遗传物质没有不可逆转的变化；实践证明，利用体细胞克隆动物的技术是可行的。将有无数相同的细胞作为供体进行核移植，在这些供体细胞与卵细胞融合之前，可以对其进行一系列复杂的遗传操作，从而为优良动物品种的大规模繁殖和转基因动物的生产提供有效的方法。 从理论上讲，人类也可以用同样的方法被“克隆”，这意味着科幻小说中专制的疯子克隆自己的想法是完全可能的。因此，多莉的诞生在世界科学界、政界甚至宗教界引起了强烈反响，并引发了一场关于克隆人所衍生的道德问题的讨论。政府官员和公众已经回应：克隆人类是违反道德的。尽管如此，克隆技术巨大的理论意义和实用价值促使科学家们加快了研究的步伐，使动物克隆技术的研究与发展进入了一个高潮。 近年来克隆研究的重要成果 克隆羊“多莉”的诞生在全世界掀起了克隆研究的热潮。随后，关于克隆动物的报道继续。1997年3月，多莉出生一个月后，美国、台湾和澳大利亚的科学家宣布他们成功克隆了一只猴子、一头猪和一头牛。然而，它们是用胚胎细胞克隆的，其意义无法与多莉相比。同年7月，罗斯林研究所和PPL宣布，世界上第一只带有人类基因的转基因绵羊Polly已经从转基因胚胎成纤维细胞中克隆出来。这一成果显示了克隆技术在转基因动物育种中的巨大应用价值。 1998年7月，美国夏威夷大学Wakayama等人报道，用小鼠cumulus细胞克隆了27只存活小鼠，其中7只是克隆小鼠的再克隆后代，这是继“多莉”之后第二批哺乳动物体细胞核移植后代。此外，Wakayama等人采用了一种新的、相对简单的、成功率高的克隆技术，与多莉不同，以该大学的所在地命名为檀香山技术。 从那以后，美国、法国、荷兰和韩国的科学家也报道了牛的体细胞克隆成功。日本科学家的热情尤其引人注目。在1998年7月至1999年4月期间，报告在东京农业大学、近畿大学、牲畜改良机构、当地牲畜试验点(石川县、大分县和鹿儿岛县)和私营公司(如日本最大的乳制品公司雪印乳业)发表。他们从牛耳朵、臀部肌肉、积云细胞和初乳中克隆了牛细胞。截至1999年底，在世界范围内成功克隆了6种类型的胎儿成纤维细胞、乳腺细胞、卵丘细胞、输卵管/子宫上皮细胞、肌肉细胞和耳部皮肤细胞——个体细胞。 2000年6月，中国西北农林科技大学用成年山羊细胞克隆出两只“克隆羊”，但其中一只因呼吸发育不良而过早死亡。研究小组使用的克隆技术与克隆多莉完全不同，这表明中国科学家已经掌握了体细胞克隆的尖端技术。 1998年1月，美国威斯康辛大学麦迪逊分校的科学家们成功克隆了猪、牛、羊、老鼠和猕猴五种哺乳动物的胚胎，用母牛的卵子作为受体。一个物种的未受精卵可以与来自多种动物的成熟细胞核结合。虽然胚胎流产了，但这对异种克隆的可能性是一个有用的实验。1999年，美国科学家用母牛的卵子克隆出了罕见的银加利羊的胚胎。中国科学家还利用兔卵克隆出了大熊猫的早期胚胎，这表明克隆技术有可能成为保护和拯救濒危动物的新途径。 克隆技术的应用前景 克隆技术显示出了广阔的应用前景，可以概括为以下四个方面： (一)选育良种，生产实验动物； (2)生产转基因动物； (3)生产用于细胞和组织替代治疗的人胚胎干细胞； (4)繁殖濒危动物物种，保护和传播动物物种资源。 以下是转基因动物和胚胎干细胞生产的简要描述。 转基因动物的研究是动物生物工程领域最具吸引力和发展前景的课题之一。转基因动物可作为医学器官移植的供体、生物反应器、家畜遗传改良、建立疾病实验模型等。然而，转基因动物的实际应用并不多。除了单基因修饰的转基因小鼠医学模型外，利用转基因动物乳腺生物反应器生产药物蛋白的研究早已开展了10多年。然而，全球只有2种药物进入3期临床试验，5 ~ 6种药物进入2期临床试验。但是，目前还没有培育出农艺性状改良、适合畜牧生产的转基因畜禽品系。转基因动物生产效率低、成本高、位点特异性整合困难导致控制失败，以及转基因动物有性生殖后代遗传性状分离，难以保持祖先优良的生产性能，是制约转基因动物实用化进程的主要原因。 体细胞克隆的成功掀起了一场生产转基因动物的新革命。动物体细胞克隆技术为快速放大转基因动物种质创新效应提供了技术可能性。采用简单的体细胞转染技术转移靶基因，可以避免家畜生殖细胞来源困难和效率低的问题。同时，转基因体细胞可用于实验室条件下的遗传整合和性别预选。核移植前，将目的外源基因与标记基因(如LagZ基因、新霉素抗生素基因)的融合基因导入培养体细胞，通过标记基因的表达筛选转基因阳性细胞及其克隆，将阳性细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中。从理论上讲，由此产生的动物应该是100%的转基因阳性。利用该方法，Schnieke等(Bio Report, 1997)成功获得6只转基因羊，其中3只携带人凝血因子IX基因和标记基因(新霉素耐药基因)，3只携带标记基因，目的外源基因整合率高达50%。Cibelli (Science, 1997)也利用核移植方法获得了3头转基因牛，证实了该方法的有效性。由此可见，动物克隆技术最重要的应用方向之一是研究和开发高附加值的转基因克隆动物。 胚胎干细胞(ES)是具有形成所有成体细胞类型潜能的toppotent干细胞。科学家们一直在尝试诱导干细胞分化为能够替代受损组织的特定组织类型，例如将产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。科学家们已经能够将猪的胚胎干细胞转化为跳动的心肌细胞，将人的胚胎干细胞转化为神经细胞和间充质细胞，将小鼠的胚胎干细胞转化为内胚层细胞。这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。目前，科学家已经成功分离出人类胚胎干细胞(Thomson et al. 1998, Science)，体细胞克隆技术为制造患者自身的胚胎干细胞提供了可能。将患者的体细胞移植到去核的卵母细胞中形成重组胚胎，在体外培养成囊胚。然后，从囊胚中分离出胚胎干细胞，并引导其分化为用于替代疗法的特定细胞类型(如神经细胞、肌肉细胞和血细胞)。这种类型的核移植的最终目标是使用干细胞治疗，而不是制造克隆个体，科学家称之为“治疗性克隆”。 克隆技术在基础研究中的应用也很有意义。它为研究配子和胚胎发生、细胞和组织分化、基因表达调控和核质相互作用的机制提供了工具。 作为一个新的研究团队，克隆动物在实践中的成功率仍然很低。在培育多利羊的实验中，威尔穆特团队将277个卵子与移植的细胞核融合，只得到了一只活的多利羊，成功率为0.36%。同时克隆成纤维细胞和胚胎细胞的成功率分别只有1.7%和1.1%。即使使用檀香山技术，以低分化的积云细胞作为核供体，成功率也只有百分之几。 此外，一些由此产生的个体表现出生理或免疫缺陷。以克隆牛为例。在日本、法国和其他国家培育的许多克隆牛在出生后两个月内死亡。截止到2000年2月，日本共有121头体细胞克隆牛出生，但只有64头存活下来。结果表明，部分犊牛胎盘功能不完善，血氧和生长因子浓度低于正常水平。有些小牛胸腺、脾脏和淋巴腺发育不正常；克隆动物的胎儿通常比正常动物发育得更快，这可能是导致死亡的原因。 甚至正常发育的多莉也被发现有早衰的迹象。染色体的末端被称为端粒，它决定了细胞分裂的次数：每次分裂，端粒都会缩短，当端粒耗尽时，细胞就失去了分裂的能力。1998年，科学家们发现多莉的细胞比正常细胞的端粒更短，这意味着它们的细胞处于更衰老的状态。当时，人们认为多莉是从成年羊的细胞中克隆出来的，因此她的细胞具有成年细胞的特征。然而，这一解释现在正受到挑战。马萨诸塞州的医生罗伯特兰扎用培养的衰老细胞克隆了六头牛，发现这些克隆牛的端粒比出生后5到10个月的同龄普通小牛的端粒要长。有些甚至比一般新生牛犊的端粒还要长。目前还不清楚为什么会发生这种情况，也不清楚为什么它与多莉的情况如此不同。但实验表明，在某些情况下，克隆可以改变成熟细胞的分子钟，使它们“恢复活力”，而这种变化对克隆动物寿命的影响还有待观察。 除了上面提到的理论和技术障碍之外，克隆技术的伦理影响(特别是在人类胚胎中的使用)和公众对它的强烈反应也限制了它的使用。然而，近年来克隆技术的发展表明，世界科技强国不甘落后，谁也没有放弃克隆技术的研究。在这方面，英国政府的态度很有代表性。1997年2月底宣布暂停对多莉研究团队的投资后不到一个月，英国科学技术委员会发表了一份关于克隆技术的特别报告，表明英国政府将重新考虑这一决定，认为盲目禁止这项研究是不明智的。关键是建立一定的规范，并利用它们为人类谋福利。 一个细菌大约在20分钟内分裂成两个；一根葡萄枝剪成十段，就能长成十棵葡萄藤；仙人掌切成几片，每片落地生根；根据匍匐在地面上的匍匐枝，一棵草莓植株一年可以长出数百棵幼苗……所有这些生物都是通过将自己一分为二或扩大自己的一小部分来繁殖的，这被称为无性繁殖。无性繁殖的英文名字是“Clone”，翻译过来就是“克隆”。 自然界中的许多动物通常依靠父亲产生的雄性细胞(精子)和母亲产生的雌性细胞(卵子)来融合(受精)成受精卵(受精卵)，然后经过一系列的细胞分裂生长成胚胎，最终形成一个新的个体。这种繁殖方式，父母双方提供性细胞，性细胞融合产生后代，被称为有性生殖，但如果我们通过手术将胚胎分成两个、四个、八个……最后，通过特殊的方法，一个胚胎长成了两个、四个、八个……生物体，这些生物体是克隆的，而这两个、四个、八个……一个个体被称为无性系(也称为克隆)。 1979年春，中国科学院武汉水生生物研究所的科学家培养了鲫鱼囊胚细胞。385天后，连续59代，他们使用直径约10微米的玻璃管在显微镜下从培养细胞中吸出细胞核。与此同时，他们取出了卵细胞的细胞核。当一切准备就绪时，从玻璃管中吸出的细胞核被移动到卵细胞的空位置。在人工培养下，获得囊胚核的卵细胞大部分死亡。在189个这样的有核卵细胞中，只有两个孵化出了鱼苗，最后只有一条幼鱼度过了艰难的时期。经过80多天的培育，鲤鱼长到8厘米长。这条鲫鱼没有经过雌性和雄性细胞的结合，只是给卵细胞换了一个囊胚细胞核，实际上是由卵细胞的细胞核产生的，所以它也是一条克隆鱼。 在克隆鲫鱼之前，英国牛津大学的科学家分别于1960年和1962年克隆了一种来自非洲的爪蟾——非洲爪蟾。方法是用紫外线照射爪蟾卵，破坏卵核。然后，用极好的手术，从爪蟾的肠上皮细胞、肝细胞和肾细胞中取出细胞核，把这些细胞的细胞核精确地放在细胞核被紫外线破坏的卵细胞中。经过精心照料，其中一些卵最终长成了活着的爪蟾蛙。这种爪蟾也是爪蟾的克隆，因为它不是由精子和卵细胞结合产生的。 1978年，中国著名生物学家童地洲先生成功克隆出了这只青蛙。他事先将青蛙的红细胞细胞核移到蛙卵中，最终长成可以在水中自由游泳的蝌蚪。 鱼类核交换技术的成熟和两栖动物核交换的成功，让一些从事更好物种育种的科学家兴奋不已，既然鲫鱼的囊胚核代替了鲫鱼的卵细胞核就可以得到克隆鱼，那么异种鱼的核交换就可以得到新的杂交鱼吗？中国科学家最早提出了这一问题，也最先解决了它，即在研究所成功培养克隆鲫鱼，成功地用鲫鱼胚胎细胞的细胞核代替鲫鱼卵细胞的细胞核。鲫鱼的细胞核能与鲫鱼的卵细胞质和平共处，并开始了类似受精卵分裂发育的过程，最后长出“有胡子”的“鲫鱼”，这种鱼长着“有胡子”，生长迅速，完全像鲫鱼，但其侧线鳞数和椎骨数与鲫鱼相同，而且鱼肉鲜美如鲫鱼。这种鱼类新品种的人工克隆为鱼类育种开辟了一条新的途径。 1996年2月27日出版的英国《自然》杂志刊登了威尔莫特等人在爱丁堡罗斯林研究所的研究成果：在经历了247次失败后，他们于前一年7月获得了一只名为“多莉”的克隆母羊。 多利羊是如何被“创造”出来的？威尔莫特等人给“苏格兰黑脸羊”注射促性腺激素以诱导排卵，并立即用一根很细的稻草从卵子中取出细胞核。与此同时，从一只怀孕三个月的芬多赛特羊的乳腺细胞中取出细胞核，并立即从一只“苏格兰黑脸羊”的卵细胞中取出细胞核。相同频率的电脉冲刺激卵子，使“苏格兰黑脸”母羊的细胞质与“芬多赛特”母羊的乳腺细胞细胞核协调一致，使“组装”的细胞像试管中的受精卵一样经历分裂和发育过程。然后巧妙地将胚胎植入另一只母羊的子宫。去年7月，在体外哺育胚胎的母羊终于生下了多莉。多莉并不是雌性绵羊的卵子和雄性绵羊的精子受精的产物，而是一个核心交换卵子发育的结果，因此是一只克隆羊。 “克隆羊”的诞生，在世界上引起了震动，它交换的是有价值的体细胞细胞核，而不是胚胎细胞核。结果表明，在动物体内具有特定功能和特定形态的所谓高度分化细胞与受精卵一样具有发育成完整个体的潜力。换句话说，动物细胞和植物细胞一样，也具有全能性。 克隆对人类有很大的好处。例如，英国PPL公司培育出的母羊的奶中含有用于治疗肺气肿的抗胰蛋白酶a-1。这种牛奶每升售价6000美元。一只母羊就像一个制药厂，用什么方法才能最有效、最方便地扩大羊的繁殖？最好的方法是“克隆”。同样，当荷兰的PHP生产出分泌人类乳铁蛋白的奶牛，以色列的LAS生产出分泌血清白蛋白的绵羊时，这些高价值的牲畜如何高效地繁殖？答案当然是克隆。 一匹母马配一匹公驴可以得到一头特别强壮的杂交动物——骡子，骡子是不能繁殖后代的，那么，如何扩大好骡子的繁殖呢？最好的办法就是“克隆”，中国的大熊猫是国宝，但是自然交配的成功率很低，所以已经濒临灭绝。如何拯救这些珍稀动物？“克隆”为人类提供了一条实用的途径。 克隆动物还对癌症生物学的研究、免疫学的研究、人类预期寿命的研究等都有不可低估的作用。 不可否认，“克隆羊”的出现也引起了很多人对“克隆人”的兴趣，例如，有些人正在考虑从自己的细胞中克隆胚胎并在其成形之前将其冷冻的可能性。将来有一天，当它的某个器官出现问题时，可以从胚胎中取出来进行培养，然后替换其病变的器官，这就是通过克隆的方法为人类提供“配件”。 关于“克隆人”的讨论提醒我们，技术进步是一个苦乐参半的过程。科学技术越发展，对社会的渗透越广泛和深入，就越容易引起许多伦理、道德和法律问题。我想以诺贝尔奖得主分子生物学家J.D. Watson的话作为结束语：“可以预见，许多生物学家，特别是那些研究无性生殖的生物学家，将认真考虑其含义，并展开科学讨论，以教育世界。”

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