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與小豬做伴找生命“藥方” 未來讓豬長出人的器官
四色熒光小豬,亨廷頓舞蹈癥小豬,能分泌人胰島素、血清素的小豬……世界頂尖轉基因動物專家之一、中科院廣州生物醫藥與健康研究院研究員賴良學說,自己是“每天與豬打交道的人”。2001年,他成功培育出世界第一例基因敲除克隆豬,轟動一時。在此后的近20年間,他利用基因編輯技術,培育出多種可以為人類“試藥”的疾病模型豬,還利用豬作為生物反應器,使其分泌出人的胰島素等人源蛋白,為糖尿病等疾病患者帶來福音。豬是目前為止發現的最適合為異種移植提供器官的物種,賴良學表示,在豬身上培育人源器官,再將其移植到人身上的“未來”不是夢。
世界第一例基因敲除克隆豬出自他手
“我做研究有個理念,就是喜歡做第一,其他人做過的東西我很少做。”賴良學的科學夢,也是伴隨著許多“第一”逐一實現的。
1992年,在解放軍獸醫大學研究生畢業后,賴良學考取了東北農業大學生物工程系博士,師從著名動物組織胚胎學專家秦鵬春。賴良學說,這是自己科研生涯的第一個重要節點。如今,秦教授的學生在全世界都發揮了重要作用,世界上三分之一的“第一個”克隆動物都出自同門師兄弟之手。其后,他跟隨國內最早從事干細胞研究的三位科學家之一——中科院遺傳發育研究所鄭瑞珍,從事干細胞研究。1995年至1997年之間,他跟隨研究獸醫的工程院院士殷震,開展轉基因羊研究,第一次接觸到分子生物學和顯微注射。
一直聚焦前沿技術的賴良學在科研路上不斷取得突破。1998年,在世界上第一只克隆大動物——多莉羊誕生的第二年,他在一個國外著名的大動物科學研究中心攻讀博士后,從事胚胎克隆技術的研究。當時,人們希望把豬的器官移植到人的身上,解決人器官短缺問題。但是,豬跟牛、羊等大動物一樣,身上攜帶“半乳糖”基因,必須將這種基因敲除,移植到人體內才能使豬的免疫原性更接近人類,減少排斥反應,當中就需要用到基因編輯技術及動物克隆技術。然而,從1998年到2001年之間,來自世界各國的博士后換了一撥又一撥,始終沒能實現克隆豬的突破。
2001年,在大動物克隆技術及基因編輯技術都得到突破的背景下,賴良學將這兩種技術結合,成功培養出第一只敲除了半乳糖基因的克隆豬,2002年1月以第一作者身份在《science》雜志上發表了文章,繼多莉羊后再次引起世界轟動。
賴良學同時也開創了克隆豬的培育方法。多莉羊之后,克隆豬培育技術一直不成功,賴良學琢磨許久后想到,豬是多胎動物,而且胚胎質量遠不如羊,于是他大大增加了豬的胚胎移植數量,同時縮短了體外培育時間,目前該方法已經成為世界上克隆豬培育的通用方法。
“豬豬賓館”擁有世界上種類最多轉基因豬
2007年,賴良學在廣州建立起自己的實驗室。通過與南方醫科大學顧為望教授合作,他僅花了半年時間就培育出多基因修飾克隆豬,從外觀上看,就是可以發四種光的“四色熒光豬”。如今,他的“豬豬賓館”已經擁有世界上種類最多的轉基因豬。不僅如此,他還幫助其他實驗室建立基因編輯的技術體系。
賴良學幽默地表示,自己“每天都要跟豬打交道”,從給豬加飼料,到打掃糞便,從做手術到給豬“孕檢”,從頭到尾,豬的每一種特性他都非常熟悉。
賴良學解釋,培育轉基因豬有很大的價值。在農業方面,可以通過對豬的基因改造,提高豬肉產量,改善豬肉的質量,增加豬肉的營養成分;還可以通過添加抗病基因提高豬的抗病能力,通過改變腸道基因減輕豬糞對環境的污染。
在生物醫藥方面,由于豬的心血管系統、消化系統、皮膚、營養需要、骨骼發育以及礦物質代謝等都與人的情況極其相似,且繁殖周期短,轉基因豬對于人類有著更為重要的意義。“第一是可以進行異種器官移植,把豬的器官移植到人身上,比如把豬的腎臟、心臟、胰臟、角膜等往人身上移。第二是動物模型,通過基因敲除技術,讓豬獲得人的疾病,利用疾病豬模型進行人類疾病發生發展機理、疾病的藥物和干細胞治療研究。第三是產生人源蛋白,比如人的凝血因子及血清白蛋白等。第四是人源化器官的實現,即讓豬體內長出人的器官。”賴良學解釋。
暨南大學的“夫妻檔”科學家李曉江、李世華多年來從事單基因致病的退行性疾病——亨廷頓病癥的研究,但是在轉基因小鼠及轉基因猴子身上建立的疾病模型均不理想,不是與人的病癥相距太大,就是在短時間內便死亡,難以達到篩選治療疾病的藥物的目的。2010年,這對“夫妻檔”找到了賴良學,雙方一拍即合,他們合作培育出世界首例亨廷頓舞蹈病基因敲入豬,可以精準地模擬出人類神經退行性疾病,未來有望找到治療帕金森、老年癡呆等疾病的方法,被譽為神經退行性疾病研究領域的“里程碑”。
未來要讓豬體內長出人的器官
因為豬與人的相似性,利用豬作為生物反應器,培養人需要的高生物活性物質,是該領域科學家一直在努力的方向。
人血清白蛋白,俗稱“生命制品”,是一種從健康人血中提煉加工而成的特殊藥品,是危重病人的“救命藥”,可以治療失血創傷、燒傷引起的休克、肝硬化等。我國由于血漿原料短缺使白蛋白市場供應不濟,造成人血白蛋白一藥難求的局面。同樣的,賴良學團隊通過對豬的基因進行編輯,使豬完全產生人的血清白蛋白,一旦通過安全檢測,就能解決人血清白蛋白短缺的問題。
通過豬產生人源化蛋白已實現,而在豬體內培育出人源化器官,再移植到人身上,則是各國都希望率先突破的領域。賴良學透露,自己目前正在主持一項國家先導項目,主要就是圍繞這項技術進行。這項技術的原理是,通過基因敲除技術,將豬某一個組織器官的基因敲除掉,使其不長這個器官,然后將人的干細胞植入豬的胚胎內,使豬的體內長出人的器官,再將長出的器官移植到有需要的患者身上。賴良學坦言,這些技術尚處于起步階段,盡管如此,他仍堅信,在轉基因豬體內培育人源器官、為人類解決器官短缺的“未來”不是夢。
賴良學
中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院研究員,吉林大學畜牧獸醫學院院長/教授,博士生導師,華南干細胞與再生醫學研究所副所長。同時也是國家高技術研究發展計劃(863)重點項目主持人,國家重大基礎研究發展規劃(973)項目首席科學家,中國海外杰出青年基金獲得者。2013年入選“南粵百杰”。
研究領域
人和動物胚胎干細胞的分離培養、轉基因動物的建立、動物克隆及人類治療性克隆、體外受精及其影響因素
創新感言
我從小就好奇心很強,好奇是創新的動力。大學本科的時候,我就認定以后要走科研的道路。我做研究有兩個特點,一是偏向技術和應用,我認為應該做些對社會有用的東西;二是我喜歡做“第一”,原則上別人做過的東西,我不會再做。
失敗對于科研來說很正常。如果做一個成功一個,就不是“科研”,而是“生產”。克服困難是科學家的一種本能。遇到某個困難的時候,我們會想方設法克服它,如果實在解決不了,就會想如何繞過它以達到最終目標,但是不會放棄。(記者羅樺琳 訊員黃博純)
編輯:趙彥
關鍵詞:克隆豬 豬豬賓館 基因編輯