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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    不是每一種牛奶都是真的“牛奶”

                    2019-08-02 23:54:00

                      你大概聽說過轉基因玉米和轉基因大豆,但是你聽說過轉基因奶牛嗎?近20年來,科學家一直嘗試利用轉基因技術將人乳相關基因轉入奶牛的DNA里,以便讓牛奶含有與人類母乳相同的營養成分和脂肪含量。這項基因改造工程已取得了一些進展,也許在不遠的將來,嬰兒就能喝上奶牛生產的“人乳”。

                      讓奶牛產“人乳”

                      牛奶的“人乳化”是利用基因等手段,研制成乳腺生物反應器,使牛奶的營養成分盡可能接近人乳,從而成為人乳的替代品。那么,為什么要將牛奶“人乳化”呢?

                      眾所周知,人乳中有益人體健康的營養成分很多,如溶菌酶可以調節胃腸道菌群,抵抗腸道、呼吸道疾??;乳鐵蛋白對癌癥有一定的預防和治療作用。越來越多的研究表明,母乳營養素種類比牛奶更齊全,如DHA、葉黃素、核苷酸等,它們促進人類中樞神經、眼睛等重要器官的正常發育,這對于食譜單調的嬰幼兒格外重要。盡管牛奶的產量大,是人類最常飲用的乳品,但上述人乳的功能,是牛奶無法完全替代的。

                      目前,市場上嬰幼兒配方奶粉大多添加從牛奶中純化的乳鐵蛋白,但是生物活性遠低于人乳鐵蛋白。由于人乳鐵蛋白主要存在于人類母乳中,來源非常有限,難以用普通技術規?;a,而牛奶“人乳化”將可解決這一問題?!叭巳榛迸D谈菀妆蝗梭w消化吸收,具有廣闊的市場前景。

                      轉基因技術的原理就是將人工分離和修飾過的“優質”基因,導入生物體基因組中,通過改變基因的表達,引起生物體可遺傳的改變。利用動物乳腺作為生物反應器生產外源蛋白,一直是轉基因動物研究的熱點。轉基因奶牛就是通過轉基因技術把外源基因轉入牛染色體,把奶牛作為“工廠”,使目的蛋白(外源基因編碼的蛋白)在牛乳腺中表達,并分泌到牛奶中。

                      早期構建乳腺生物反應器的研究可追溯到20世紀末。1990年,荷蘭法明公司培育了世界上第一頭人乳鐵蛋白轉基因?!諣柭?。隨后,科學家又相繼培育出可產人溶菌酶、人乳清蛋白的轉基因牛,其中有些已經通過臨床試驗進入了產業化生產。

                      制作一頭轉基因牛,需要幾步?

                      傳統的轉基因動物研制,一般是通過顯微注射或其他轉染方式,將外源基因轉移至受精卵核質中,與核基因隨機整合,進而經過體外與體內的后續發育產生轉基因動物。隨著生物工程技術的進步,體細胞克隆技術在轉基因動物研制中應用越來越廣泛。該方法也是建立兔、豬、羊、牛乳腺生物反應器的有效手段。

                      說起體細胞克隆,相信大家最熟悉的可能是克隆羊多莉了。1997年,英國科學家維爾穆特等將成年綿羊乳腺上皮細胞的核移植到去核的卵母細胞中,重構胚胎,經過融合、激活等步驟,移植到同期假孕“羊”中,成功獲得了體細胞克隆綿羊多莉。作為高等動物核移植里程碑事件,其意義巨大、影響深遠。此項成果在震驚世界的同時也拉開了動物體細胞克隆的序幕,研究者利用該技術相繼獲得了體細胞克隆牛、豬等。

                      我國的體細胞克隆技術也發展迅速。2018年,中國科學院的科學家成功克隆出世界首例靈長類動物——食蟹猴中中和華華??稍浀脙簳r的歌謠:“猴哥,猴哥,你真了不得,拔一根毫毛,吹出猴萬個……”這個神奇的技術如今在中國科學院已變成現實。體細胞克隆技術的出現,使得對大家畜進行更多的基因改造成為可能。它可以通過在體外對體細胞進行基因修飾,如轉入基因、基因敲除等,對經過基因修飾的細胞進行鑒定并通過核移植獲得轉基因或者基因敲除動物。相比傳統顯微注射方法,轉基因結合體細胞克隆技術大大提高了研制轉基因動物的成功率,也在很大程度上節約了轉基因家畜的研制成本。

                      那么,體細胞克隆技術是怎樣應用在轉基因奶牛上呢?簡單來說,科學家利用轉基因和克隆技術,將人乳中的乳清蛋白、乳鐵蛋白、溶菌酶等基因轉入牛體細胞核中,形成轉基因細胞系;然后以轉基因細胞為核供體,將其核移植入去核的卵母細胞中,構成重組胚胎,在受體牛子宮內妊娠,產出能產“人乳”的轉基因牛。第一代轉基因克隆牛通過人工授精、自然交配等方式獲得二、三代奶牛,擴繁后形成轉基因牛新品系,從而規?;a“人乳化”牛奶。

                      應用轉基因動物乳腺生物反應器,生產具有保健、醫用價值的蛋白,是一種全新的生物生產模式,具有成本低、產量高和效益高等優點。但該領域還有兩個問題需要解決。一是轉基因動物的成功率。目前,通過體細胞克隆技術研制轉基因牛仍存在成本高、效率低、死亡率高等問題,如能解決上述問題,將從根本上加快轉基因牛的研制工作。目前已有科學家應用改進的克隆方法,改善了核移植過程中細胞質和細胞核的兼容關系和克隆胚胎的重編程,提高了轉基因動物(家畜)的成功率。二是外源基因在乳腺的高效表達問題。有些情況下,外源基因,如人乳蛋白基因,在牛乳腺中表達的蛋白量太低甚至沒有表達?,F已有科學家應用改進的轉基因元件,使外源蛋白在轉基因動物乳腺中高效特異性表達。相信通過科學家的不懈努力,研制轉基因動物的相關技術會日臻成熟,該領域的技術瓶頸問題會最終得以解決。

                      不僅能產“人乳”,還能產藥物。轉基因牛是真的很牛!

                      我國重大科學研究計劃項目首席科學家曾凡一認為,轉基因技術潛力巨大。乳腺生物反應器除了可以產生人乳,還可用于制藥,并可低成本、大規模生產高附加值的人類所需重組藥物蛋白。例如,血友病患者缺乏的一種凝血因子“九因子”(學名為凝血酶原復合物),由于在治療過程中存在血液制品來源有限、攜帶肝炎病毒等隱患及價格昂貴等問題,科學家擬通過乳腺生物反應器讓奶牛生產含有“九因子”的牛奶,并從牛奶中提取藥物,制成質優價廉的“九因子”成品,這將極大推動對血友病的治療。

                      中國工程院院士曾溢滔在云南科學大講壇演講時認為,通過轉基因乳腺生物反應器生產藥物蛋白是一種理想的制藥途徑,將帶來生物醫藥產業的一場革命。實際上,轉基因動物乳腺生物反應器在發達國家已成為研究熱點,一批以轉基因生物反應器為核心技術的生物制藥公司相繼建立。我國科學家經過長期不懈努力,近年來也通過體細胞克隆技術研制成產人乳鐵蛋白、人溶菌酶的轉基因牛,并已具有一定的群體規模,使我國在這一高科技領域占有了一席之地。

                      盡管目前對于轉基因動物安全性存在著很大的爭議,但相信隨著轉基因技術的不斷提高和完善,轉基因動物繁育技術的不斷發展,上述顧慮將逐漸消除。技術沒有好壞之分,正如火藥可以做成好看的煙花,也可以用于殘酷的戰爭。為禍為福,與技術本身無關,而與技術的使用目的和對技術的管控直接相關。對轉基因技術的合理利用,將造福于人類社會。

                    本文來自《科學畫報》

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