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【新民晚报·新民网】具有足够雄性基因,能成功使卵细胞受精的“人造精子”已经研制出来,并且可以批量生产。记者从昨天举行的第289期东方科技论坛上获悉,中国科学家们已经利用这种“人造精子”,成功繁殖出可供基因科学家各取所需的实验小鼠,这将大大缩短科学家们寻找并验证复杂致病基因的周期,加快对癌症等复杂疾病和人类重大出生缺陷的研究。
复杂疾病和人类重大出生缺陷等是我国当前面对的主要疾病负担,明确其病因对于早诊早治至关重要。近年来,基因测序技术突飞猛进,成本大幅下降,大量与疾病相关的基因被发现。不过,传统动物建模技术效率低下,严重阻碍了大量而复杂的多基因功能实验验证。因此,基础研究中发现的大量基因,许多不得不停留在论文纸上,转化为治病之道的少之又少。
来自中科院上海生化与细胞研究所的李劲松研究团队,带来一种名叫“人造精子”的单倍体胚胎干细胞,为基因科学发展带来新思路。所谓“人造精子”,并不是真正的人工制造精子。而是,研究人员将雄性小鼠精子中的精源物质去除,只保留其遗传物质,进而通过基因操作去除两个雄性印记基因,获得被称为“人造精子”的单倍体细胞。
然后,将其注入到去除了细胞核和遗传物质的卵细胞中,成功获得一个类似胚胎细胞的干细胞。这颗完全人工创造的“受精卵”,最终可发育成一只健康小鼠。这证明,这一单倍体干细胞,有类似精子的功能,不过其没有尾巴,无法游动。尤为重要的是,该技术与近年来如火如荼的基因编辑技术相结合,只需一步就可产生携带特定基因遗传修饰的小鼠,由此极大简化了建立特定基因遗传修饰小鼠的步骤,使预期的实验周期大大缩短,加速发育相关疾病、出生缺陷、多基因介导复杂疾病的病因学研究。
控制精子,一直是全球生物科学家难以掌握的前沿科技。因为,精子游动灵活,速度快,又容易死亡。此前,有国外科学家是通过胚胎干细胞,制造出人工精子,方法颇具争议。李劲松研究员及其同事正在开发的“人造精子”技术并不需要破坏胚胎,他们的研究结果相关论文先后发表在国际知名科学期刊《细胞》和《细胞·干细胞》上。
利用这种“人造精子”细胞,研究人员可以便捷、高效地繁殖出一大批基因可控的实验小鼠,而它们将战斗在对抗癌症以及其他遗传性疾病的第一线,可以大大加快对癌症、糖尿病等复杂的多基因疾病的研究。目前,该技术获得的受精卵只能培养出20%的健康后代。李劲松指出,将这种人工精子技术用在人类身上还为时过早,“对实验动物来说,20%的健康后代或许已经足够好,但在人类身上就不行了。”
在上海市科委的支持下,复旦大学附属妇产科医院王红艳课题组在与李劲松课题组合作,将“人造精子”用于出生缺陷研究。神经管畸形是我国常见的重大出生缺陷,发病率高,发病原因复杂,遗传因素贡献度高达70%。为了找到这类先天畸形的致病性基因突变,王红艳课题组在354例神经管畸形和238例正常对照样本中,利用靶向基因捕获技术发现了15个致病性新位点。科研人员利用“人造精子”,很快获取了带有不同突变位点的小鼠胚胎,观察它们发生畸形的几率和严重程度。仅耗时半年,就成功验证出神经管畸形的强致病基因位点。
接下来,课题组将针对其他新位点继续验证,并通过建立多基因突变小鼠,开展多基因相互作用研究。 “与传统转基因方法相比,采用人造精子技术进行动物建模,效率要高得多。”王红艳说,这种技术特别适合研究多基因介导的复杂疾病和器官发育异常,值得在科学界推广应用。(新民晚报记者 马亚宁)