老鼠研究显示重复克隆导致严重基因突变

老鼠研究显示重复克隆导致严重基因突变(图1)

老鼠研究显示重复克隆导致严重基因突变(图2)

老鼠研究显示重复克隆导致严重基因突变(图3)

3月24日路透社报道,研究人员在持续进行小鼠克隆实验二十年后发现,反复克隆会引发严重的基因突变,这些突变会在后代中不断累积,最终导致死亡。

从2005年到2025年,日本科学家利用一只雌性供体小鼠,成功培育出共计1206只克隆实验室小鼠。前25代没有出现任何异常症状,但随着世代延续,基因突变逐渐累积,最终导致致命后果。第58代克隆小鼠虽然携带大量突变,却无明显身体异常,出生数天后便死亡。

这项研究反驳了克隆动物与原始供体动物完全相同这一观点,并否定了当前技术能够无限期地进行克隆且无不良影响的说法。

“此前从未有人持续进行过如此长时间的重编程克隆。因此,这是我们首次发现,反复重编程最终会达到其极限,”日本山形大学发育生物学家Teruhiko Wakayama表示,他正是周二发表在《自然·通讯》期刊上的这项研究的通讯作者。

过去人们认为克隆个体与原始个体完全相同,但通过这项研究发现,克隆个体的突变率比自然交配产生的后代高出三倍。“由于这些突变会持续累积,哺乳动物无法通过克隆方式维持物种延续。这项研究揭示了哺乳动物与植物及低等动物不同,无法通过克隆方式维持物种的原因之一。” Wakayama表示。

在成功生成第一只克隆鼠后,研究人员每隔三到四个月重复这一过程,将每一代从上一代克隆而来。与原始供体小鼠一样,所有克隆鼠均为雌性,毛色为棕色。

研究人员于2013年发表了初步结果,涵盖前25代的后代,结果显示这些克隆个体健康,未出现明显负面效应。

当时,我们认为重克隆可能持续 indefinitely。然而,在那项研究中,我们并未检测基因序列。我们继续进行了13年的研究,结果发现之前的结论是错误的——也就是说,重克隆存在一个极限,”川崎正明说。

研究人员对来自不同代际的10个克隆体进行了基因组测序,以了解其在遗传层面发生的变化。

他们发现,连续克隆的效果类似于用复印机复制一张图片。第一次复制时,图像质量略有下降;再对这个副本进行复制,质量进一步下降;重复这一过程多次后,最终得到的图像与原始图像已大不相同。

他们表示,该研究结果表明,性繁殖在对抗哺乳动物中的有害基因突变方面具有重要意义。

研究人员通过将这些克隆鼠与普通雄性小鼠交配来评估它们的生育能力。在前20代,它们每胎产下约10只小鼠,与普通雌性小鼠相当。但最终,这些克隆鼠的每胎数量开始减少,反映出累积突变的影响。

研究人员采用了一种称为核转移的技术来生成克隆体。这种相同的方法曾于1996年在苏格兰的一家实验室中用来培育世界上第一只成功克隆的哺乳动物多利羊,又于1998年在美国夏威夷一家实验室中用来培育世界上第一只成功克隆的小鼠库米琳。

研究人员利用核移植技术,将供体细胞中的细胞核——细胞内储存遗传信息的主要部位,转移到一个已去除自身细胞核的卵细胞中,从而形成胚胎。该过程使用了包围并滋养发育中卵细胞的一种特殊卵巢细胞,称为放射冠细胞,用于克隆。

“我们曾相信自己能够创造出无限数量的克隆体。正因为如此,这些结果才令人十分失望。目前我们还没有任何克服这一限制的想法。我认为我们需要开发一种全新的方法,从根本上提升核转移技术。”武田表示。

从第27代开始,出现了大规模有害突变,其中包括染色体异常。例如,X染色体的一条副本丢失了。染色体是携带细胞间遗传信息的丝状结构。在哺乳动物中,雌性携带两条X染色体,分别来自两个生物父母。

“在克隆过程中,所有基因都会传给下一代,这意味着所有的缺陷基因也会被传递下去,”武田说。