技术是一把双刃利剑,利用得好可以给人类带来福音,利用得不好将带给人类无尽的灾难,问题的关键在于人类如何去利用技术和控制技术。克隆技术,亦是如此“克隆”羊的消息,如同原子弹爆炸一样,在世界范围内引起强烈震惊。克隆技术在农业,医学上的应用,为人类描绘出一幅迷人的画卷,然而他加剧了人们对可能出同“克隆人”的忧虑。
1.克隆产品看上去很美
(1)克隆技术在植物上的应用
克隆技术在植物上的应用是指把带有目的基因的外源核苷酸片段引入植物细胞或组织,并再生出完整的转基因植株。20世纪80年代初,世界上出现了第一株转基因植物。在20世纪80年代后期,我国也开展了植物基因工程研究。“863计划”研究的抗病虫害的棉花、烟草、玉米良种已大量“克隆”,在家业生产中正逐步推广。
克隆技术在植物上并不新鲜,它已造福于我们的生活,很可能你从菜市场买回来的西红柿,就是采用“克隆技术”培育成的新品种。
由于人口在增长,土地在锐减,这种矛盾迫使人们不得不想办法提高作物的单位面积产量。20世纪70年代的“绿色革命”已使作物单位面积产量大大提高,科学家预测,基因工程技术的应用将会使作物品种改良有更大的突破。来自国外的一份资料介绍:大发达国家由于作物品种改良,平均每年增产1%以上。
因此要在有限的耕地上解决人类日益产长的食物需求,只有依靠科学提高单位面积产量,而农业科学植物育种是最有力的措施。近年来,越来越多的与植物多种生理过程有关的基因相继被克隆,在农业上抗除草剂、抗虫、抗病毒病、控制果实成熟等方面已获得成功。据西方一些公司估计,未来10年中,会有一批基因工程育成的品种推向市场。
植物传统育种与基因工程育种有很大差异。常规育种范围受限制,只有同一种类或亲缘关系很近的种子才能杂交,比如小麦只能和高粱杂交;而使用了重组基因技术,就可以把外源的基因拿来,不管亲缘关系有多远,哪怕是微生物的基因、动物的基因都可以拿来转到植物中去。总之,利用基因工程和克隆技术育种,可以大大简化了育种程序,扩大种范围,并保持植物的多样性。
(2)克隆对保护物种的价值
克隆技术对保护物种特别是珍稀、濒危物种来讲是一个福音,具有很大的应用前景。从生物学的角度看,这也是克隆技术最有价值的地方之一。
由于环境污染的日益加剧,植物种质资源受到极大威胁,大量有用基因遭到灭顶之灾,特别是珍贵物种。植物种质保存引起世界各国科学家和政府的广泛重视。用细胞和组织培养法低温保存种质,抢救有用基因的研究进展很快,像胡萝卜和烟草等植物的细胞悬浮物,在——20℃至——196℃的低温下贮藏数月,尚能恢复生长,再生成植株。如果南方的橡胶资源库能通过这种方法予以保护,那将为生产和研究提供源源不断的原材料。
动物克隆可有利于保存和发展具有优良性状的动物品种,抢救濒危动物。例如一旦某种濒危动物只剩下一只动物,甚至即使该动物已经灭绝,但仍留下组织或细胞,就可以通过克隆技术来挽救或再生。我国有丰富的野生和家养的动物资源,国家花了不少钱保护,但效果不好。如果体细胞克隆动物的技术比较完善,就可通地体细胞移植来再现物种。
但是,在保护濒危动物方面还存在许多问题,这主要是因为存在以下几方面的原因:首先是野生濒危动物基数少,可供克隆实验的个体则更少。以白鳍豚为例,世界上仅剩不足百头,武汉白鳍豚馆人工饲养的“淇淇”,是人类唯一可供克隆实验个体,且为雄性。而克隆羊“多莉”有5个妈妈。科学家们一共用了277个胚胎才成功克隆出“多莉”。其次,到目前为止,还有许多濒危野生动物的生长过程、生活习性并不为人们所掌握。目前,已克隆成功的羊、兔、猪等家畜,人们对其习性了如指掌,克隆这些家畜当然比野性生物容易得多。再次,即使技术、经费供体等都不存在问题,但由于克隆出的个体基因与母本完全一样,克隆的成功,只是增加了动物的数量,而基因多样性的消失,也会导致物种退化。
(3)克隆将使动物成为人类的制药厂
利用动物制造药物,是生物技术的一项重要应用。目前,科学家已经利用基因重组和转基因技术,即设法将能促使某种药物蛋白质产生的基因,加入到早期发育阶段的细胞内,使某些细菌甚至动物,成为生产药物的“机器”。位于爱丁堡的“药物蛋白质有限公司”现已有一种由转基因绵羊制造的治疗“囊肿性纤维化”遗传病的药物,正用于人体临床试验的第一阶段。1996年10月,另一家“Genzyme转基因公司”则已完成了另一种转基因药物的第一阶段的试验。这种药物是一种凝血过程所必需的蛋白质,通常是从浆中提取的,但是该公司却可以从已改变基因的山羊乳汁中获取。这种新药的安全性已在人体上得到证实,病人已接受了临床剂量的药物。预计这种药物每年的市场销量为2亿美元。
通过转基因技术提取的蛋白质比从血液中提取的产品更完全,因为这可避免病毒传染艾滋病和肝炎等疾病的可能性。同时,这种药的成本也比由发酵技术生产的生物工程药更低廉,因为一只大型哺乳动物的乳汁中可产生大量的蛋白质。生物工程工业分析家认为,这些药物蛋白质的市场年销量,目前约为76亿美元,至2000年底预计可达185亿美元。过去的方法只能使少数细胞获得产生这种药物蛋白质的基因,因此,不论是由此产生的动物,还是来自每种动物的蛋白质数量,都是变化无常,难以预计的。生物技术分析家维伦·梅塔说:“以目前所拥有的方法来获得一种转基因动物,必须试验、试验、再试验,你就像在玩一次概率游戏。而如果已经成功地诞生了一只‘克隆绵羊’,那么你就真正自由了,你只需成批制造就行了。”
“克隆绵羊”除了其称呼外,其它方面与普通绵羊并无二致。科学家能通过基因工程使其“天生”就在乳汁中产生有药物成分的蛋白质。这种新的方法比目前普遍使用的改变酵母、细菌或其它哺乳动物细胞基因的方法更为有效。
绵羊的“无性繁殖”是能重复、能复制的,这项技术还可同样应用于猪、山羊、兔子以及任何其它的哺乳动物。这些动物在其乳汁中产生具有药物功能的蛋白质,将比目前由转基因动物产生的更为稳定。无性繁殖哺乳动物的成功必将鼓励人们更多地生产基因动物。这些转基因的动物不仅可用于制造药物,还可将它们的器官移植到人体内,这样就解决了长期以来移植器官短缺这一难题。
2.克隆技术能否成为癌症的克星
由于目前我们对癌症的发病机制尚不清楚,治疗癌症的基本策略就是杀死癌细胞,可是长在我们体内的癌细胞同机体内的正常组织细胞混为一体。对浸润性的恶性癌细胞来说,手术无法将其切险干净,放疗、化疗方法亦会在杀伤癌细胞的同时损害正常的细胞。因此人们就设想是否能发明一种只杀伤癌细胞而不伤及正常细胞的方法来治疗癌症。
早在100余年前就有人提出“魔弹”的概念——即以亲肿瘤物质为载体,有细胞毒作用的物质作弹头,使后者能较多的杀伤肿瘤细胞而较少损害正常组织细胞。但这一创造性的想法一直得不到实施,1953年Preseman发现131Ⅰ抗成骨肉瘤抗体在大鼠体内有导向定位作用,拉开了人们为实现这一愿望而努力的序幕。事实上早在20世纪初叶,杰出的德国免疫学家爱利杀就曾想过用抗体来作为“魔弹”的载体。但是早期应用抗血清治疗癌症是令人失望的,原因很简单,抗血清来源于动物血,反复注射的结果会引起病人的过敏反应。
单克隆抗体的问世顿时又点燃了医学家们早已熄灭的愿望。因为单抗具有非常专一的识别和结合能力,因此,只要在癌细胞表面有某种特殊的标志,用术语讲,就是具有肿瘤特异性抗原的话,就一定可以制造出特殊的抗癌单抗,例如抗肺癌的或抗胃癌的单抗等。这种单抗如果注射到体内,不管癌细胞隐藏在什么地方,都会被这种单体找到,并“结合”上去。一旦单抗结合了癌细胞,在体内补体系统的帮助下,就能杀死它。正常细胞因为没有癌细胞,在体内补体系统的帮助下,就能杀死它。正常细胞因为没有癌细胞的表面标志,就不会和这种单抗结合,所以能够安然无恙。单抗既然有这么准确的命中作用,免疫学自然而然想起了再安装上一个杀伤力更加强大的弹头,例如放射性同位素,联到单抗上去以后,就只专门杀伤癌细胞而不损伤正常细胞了。现在科学家们更热衷于用毒素做弹头,例如蓖麻毒素、白喉毒素等。这都是一些剧毒的东西,但是装在单抗上,除了癌细胞之外,它们是不会毒害正常细胞的。这种用毒素和单抗结合做的导弹式药物,免疫学家称之为免疫毒素,至今虽然处于试验阶段,但是已经出现了可喜的苗头了。
用免疫毒素治癌仍然存在不少问题。首先遇到的就是:现在科学家们制成的单抗,大多数都是用小鼠的细胞做成的,所以它对人来说,属于异种蛋白质,进入人体后,就会刺激人的免疫系统,产生抗单抗的抗体,它可以结合单抗,并消灭之。异种蛋白反复注射还会引起过敏反应,产生一些副作用。解决这个问题的一个办法,就是制造人的单抗。这方面虽有成功的报告,但仍存在不少问题。首先是过敏反应,但到目前为止的少数临床观察,表明还不太严重。另一重要问题是癌细胞有没有独特的表面标志(肿瘤的特异性抗原)?这是几十年来科学家们努力研究的问题,遗憾的是至今还没有一位科学家能够找到的抗原。这么一来,单抗这个导弹就失去了专一的靶子,当它击中癌细胞时,也会打伤有同样靶子的正常细胞。尽管如此,科学家们的汗水并没有白流,因为通过这几十年的研究,他们发现了癌细胞表面还是有某种肿瘤相关抗原,也就是说,这些癌细胞表面的抗原,虽然正常细胞表面也可以找到,但较之癌细胞表面要少得多,所以假如造出这样的单抗和免疫毒素,能够大量摧毁癌细胞而对正常细胞损伤相对较小,这还是值得的。
还有一个棘手的问题就是癌细胞的“狡猾”,它会调变它表面的抗原。例如,当它的表面抗原被抗体结合了以后,就从癌细胞表面脱落了,或吞到细胞内部去,使抗体再也无从识别和攻击癌细胞。所以它们制造抗原作为靶子,才能发挥单抗应有的作用。
此外,各种生理屏障也是这种治疗方法的重要障碍。如单抗分子的相对分子质量约14万,其Fab片段亦达5万,而常规药物相对分子质量仅数百,这么大的分子质量使“导弹性药物”很难达到肿瘤实质细胞的内部而起到治疗作用。而且由于恶性肿瘤的浸润性和无限繁殖能力,若不能达到有效杀灭,肿瘤就会很快长起来甚至全身转移。因此单克隆抗体和免疫毒素虽然给人类带来了治疗癌症的新的希望,亚性肿瘤的导向治疗也仍在缓慢而稳步地发展,但肿瘤的“导弹疗法”要成为临床常规疗法还有很多事情要做。
展望未来,进一步研究肿瘤的发病机制尤其是肿瘤的免疫原性问题,发展“人源性”,或“人性化”的单抗,采用精确度较高的双功能抗体等方法,将肿瘤的导向治疗置于一个完整的治疗方案中加以应用,是今后一段时间内努力的方向。
其实,克隆技术的应用还有很多方面。如果我们能够彻底掌握,安全利用这项技术,无疑会给人类带来许多方面的好处。