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来自《自然》杂志
法图是一只雌性北方白犀牛,生活在肯尼亚的一个自然保护公园,她是世界上仅存的七只同类之一。但数百万个她的干细胞被储存在加利福尼亚州的冷冻库中,或许有一天能够帮助增加她的种群数量。
北方白犀牛(Ceratotherium simum cottoni)和另一种面临灭绝的动物,德里尔猴(Mandrillus leucophaeus),已成为首批细胞被转化为类似于早期胚胎中发现的干细胞的濒危动物。这些细胞可以被储存并在培养中繁殖,理论上能够制造身体中的任何组织——包括可用于辅助圈养繁殖计划的精子细胞。这项研究今天在《自然方法》杂志上在线发表。
大约五年前,加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所的干细胞生物学家珍妮·洛林接到附近圣地亚哥动物园的科学家奥利弗·莱德的联系,他渴望收集濒危动物的干细胞。通过牺牲濒危物种的受精卵来获取干细胞是不可能的,因此洛林试图寻找其他来源,但一无所获。“从犀牛身上获取骨髓干细胞的前景有点令人望而生畏,”她说。
几年后的2007年,日本京都大学和威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队揭示,通过激活成人细胞中的一组重编程基因,可以将来自人类结缔组织的称为成纤维细胞的细胞诱导成类似于胚胎干细胞的状态。莱德的团队自 20 世纪 70 年代以来一直在保存濒危动物的成纤维细胞,作为一项名为“冰冻动物园”项目的一部分,因此细胞重编程技术似乎是创造濒危动物干细胞的好方法,洛林说。
作为原理验证实验,莱德给了洛林来自法图和一只名叫卢恩(已去世)的圈养雄性德里尔猴的细胞。德里尔猴现在仅在西非的狭小区域内被发现,它们的数量因栖息地丧失和蓬勃发展的丛林肉贸易而减少。
洛林和她的同事因巴尔·弗里德里希·本-努恩最初认为,人类版本的重编程基因不会将犀牛或德里尔猴的成纤维细胞转化为干细胞,因此该团队尝试使用来自另一种猴子物种——恒河猴的基因对德里尔猴细胞进行重编程,并使用马的基因对法图的成纤维细胞进行重编程。两次尝试都失败了。
重编程成功
然而,令洛林惊讶的是,相应的**人类**基因确实将这两种动物的细胞都转化成了类似胚胎的干细胞,称为诱导多能干细胞(iPS细胞)。为了证明多能性,研究人员诱导德里尔猴和犀牛的iPS细胞制造出三种不同类型的简单组织,这些组织可以产生身体中的所有其他组织。
洛林不打算使用法图和卢恩的 iPS 细胞来克隆这些个体。相反,她说,这些细胞可以转化为生殖细胞,用于辅助繁殖计划,以帮助濒危物种的基因库多样化。健康的**小鼠**已经通过这种方式诞生,洛林相信,随着时间的推移,这项技术将适用于其他动物。“如果一切顺利且一切都有效,那么就有办法产生新的动物,”她说。
“我认为这是一个非常令人兴奋的进展,”位于加利福尼亚州圣莫尼卡的 Advanced Cell Technology 的首席科学官罗伯特·兰扎说,他也是 2000 年首次克隆濒危动物——一只名叫诺亚的印度野牛的团队成员。当人类 iPS 细胞首次被描述时,兰扎在给《科学》杂志的一封信中吹捧了它们在濒危物种保护方面的潜力,他甚至为一种从 iPS 细胞克隆濒危动物的技术申请了专利,他说他将免费授权该技术用于保护工作。
并非快速解决方案
伦敦动物学会的生殖生物学家威廉·霍尔特参与了一个名为“冰冻方舟”的合作项目,该项目位于英国诺丁汉大学,旨在收集濒危动物的 DNA 和细胞。他怀疑 iPS 细胞是否能拯救许多受威胁的物种,特别是那些已经处于灭绝边缘的物种,如北方白犀牛。
“老实说,我认为这有点像噱头,”他说。科学家们对这些动物的生殖生物学知之甚少,而这对于支持辅助生殖计划是必要的,而且,由于剩余个体太少,几乎没有机会了解更多,他说。
洛林承认,在 iPS 细胞能够帮助拯救物种之前,还有技术差距需要填补。“我不知道如何让犀牛超排卵,”她说。但她驳斥了关于来自濒危动物的 iPS 细胞是一种噱头的说法。即使将它们用于辅助繁殖的技术尚不成熟,这些细胞也提供了一种在个体动物死后很久还能保存其遗传多样性的方法。
至少法图并没有等待这样的突破:今年一月,她开始与一只名叫苏尼的雄性犀牛交配。
本文经《自然》杂志许可转载。首次发表于 2011 年 9 月 4 日。