本報(bào)記者張佳星

　　那是個(gè)帶“發(fā)卡”的姑娘，“酶少爺”回憶：“她的發(fā)卡攝人心魄，我忍不住追過(guò)去，擁她入懷。”

　　彼時(shí)，發(fā)卡姑娘正被“雙螺旋”糾纏?！皠e怕！”“酶少爺”利落揮劍，DNA雙螺旋就此解體、斷裂，咔咔聲不斷。

　　這個(gè)橋段，是用來(lái)形象地比喻上古時(shí)代細(xì)菌基因組的免疫記憶?！巴呓馐删w、病毒的入侵”，百科資料顯示，這些有規(guī)律的序列是間隔的短回文重復(fù)結(jié)構(gòu)（英文首字母縮寫(xiě)為CRISPR）。因此，它轉(zhuǎn)錄出的“向?qū)NA”像個(gè)“發(fā)卡”，引來(lái)武藝高強(qiáng)的Cas9蛋白，也就是“酶少爺”，精確切斷DNA鏈。

　　這一原理如今衍生出科學(xué)家“編輯”基因的一把利器。運(yùn)用CRISPR基因編輯技術(shù)，云南靈長(zhǎng)類(lèi)生物醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員季維智和合作團(tuán)隊(duì)，“編輯”食蟹猴胚胎細(xì)胞基因，獲得首批攜帶定向突變的基因工程猴，并發(fā)表于《細(xì)胞》雜志。

　　建立獲得模式動(dòng)物的方法、創(chuàng)制疾病動(dòng)物模型，能夠?yàn)榭茖W(xué)研究、臨床應(yīng)用提供線(xiàn)索和評(píng)估，并已成為我國(guó)生物醫(yī)學(xué)研究的特色和優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。我國(guó)在模式動(dòng)物的研究上做了哪些工作，取得哪些突破？科技日?qǐng)?bào)記者日前專(zhuān)訪(fǎng)了幾位取得里程碑式研究進(jìn)展的學(xué)者，他們從微米級(jí)的胚胎干細(xì)胞入手，在單細(xì)胞期、單倍體等不同類(lèi)別“小乾坤”中，嘗試經(jīng)年，進(jìn)行創(chuàng)制。他們認(rèn)為，積累是獲得突破式進(jìn)展的必經(jīng)之路，沒(méi)有捷徑。

　　一個(gè)支點(diǎn)，撬起平臺(tái)新里程

　　“2012年，我們嘗試用一種名為ZFN的基因編輯技術(shù)，希望得到定向突變的基因工程猴，但并不順利。”季維智回憶，直到2013年CRISPR技術(shù)的新進(jìn)展在《科學(xué)》雜志上刊出。

　　由于已有所準(zhǔn)備，季維智與南京大學(xué)黃行許、南京醫(yī)科大學(xué)沙家豪合作，由對(duì)方構(gòu)建質(zhì)粒，共同進(jìn)行靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的基因靶向敲除研究。

　　研究人員在180多個(gè)單細(xì)胞期猴胚胎中同時(shí)靶向敲除了3個(gè)基因，并獲得8個(gè)胚胎擁有2個(gè)靶基因同時(shí)突變的跡象。這些胚胎隨后被轉(zhuǎn)移到代孕母猴體內(nèi)，其中一個(gè)生出了一對(duì)孿生猴，他們的基因經(jīng)過(guò)“精準(zhǔn)編輯”。這一成果被認(rèn)為有里程碑意義。

　　此外，他們還與同濟(jì)大學(xué)合作，用被稱(chēng)為T(mén)ALEN的基因編輯技術(shù)成功獲得了敲除自閉癥相關(guān)基因的模式猴。

　　季維智介紹，他們擁有幾十年持續(xù)構(gòu)建的靈長(zhǎng)類(lèi)體外繁殖的系統(tǒng)。“我們從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始養(yǎng)猴子，掌握了獲得高質(zhì)量卵細(xì)胞、確定受精時(shí)間、改進(jìn)體外受精、胚胎培養(yǎng)、干細(xì)胞培育等多個(gè)技術(shù)體系”，這些“微”操作都要求精準(zhǔn)。對(duì)一個(gè)技術(shù)平臺(tái)的傳承、維護(hù)、修補(bǔ)、優(yōu)化再升級(jí)，由幾輩科研人手口相傳下來(lái)。

　　換個(gè)角度，“編輯”更精準(zhǔn)

　　基因編輯技術(shù)兩年來(lái)已被不斷完善和擴(kuò)展，這把“剪輯器”的精準(zhǔn)度也在不斷提升。但由于哺乳動(dòng)物的遺傳密碼總是成對(duì)出現(xiàn)，其中的“顯隱性”會(huì)給研究帶來(lái)困惑。

　　“這是工具的精準(zhǔn)度彌補(bǔ)不了的”，換個(gè)角度入手，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員周琪打算從細(xì)胞本身減少“干擾”?！叭绻槐Ａ粢惶兹旧w，基因操作就相對(duì)容易。”他選擇了自己擅長(zhǎng)的發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域，與其合作團(tuán)隊(duì)探出一條新路。2008年底他們開(kāi)始“制造”小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞，讓細(xì)胞只保留一套染色體。

　　“制造”包括用一些離子、小分子或者電刺激激活干細(xì)胞、胚胎培養(yǎng)等步驟，在對(duì)發(fā)育時(shí)序的諳熟中，團(tuán)隊(duì)苦試多年。2012年9月30日，《自然》發(fā)表了他們的成果——利用基因修飾的單倍體胚胎干細(xì)胞獲得健康成活轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物。

　　“我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，人工方法得到的這類(lèi)雌、雄細(xì)胞，可以分別替代卵子和精子育出小鼠和大鼠?！敝茜髡f(shuō)，這意味著生命將可能以一種全新的方式制造出來(lái)。結(jié)果也證實(shí)了這一猜想，最新的研究已經(jīng)證實(shí)，這些人工創(chuàng)造的干細(xì)胞可以跳過(guò)“受精階段”發(fā)育成健康小鼠。

　　干細(xì)胞同樣還是研究物種進(jìn)化過(guò)程中基因調(diào)控的新手段。周琪團(tuán)隊(duì)將大鼠和小鼠的單倍體胚胎干細(xì)胞進(jìn)行了融合，“結(jié)果不僅創(chuàng)造了全新的哺乳動(dòng)物干細(xì)胞，而且在干細(xì)胞研究中X染色體失活等重要領(lǐng)域又有新的斬獲，在新的人造細(xì)胞中只有大鼠的X染色體基因表達(dá)，這些工作為研究基因逃逸提供了全新的思路，文章即將發(fā)表在《細(xì)胞》雜志。”周琪透露。

　　“讓有生殖能力的單倍體細(xì)胞實(shí)現(xiàn)體外培養(yǎng)和增殖，突破了研究瓶頸?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、同濟(jì)大學(xué)教授裴鋼評(píng)價(jià)。

　　攜手攻關(guān)，“領(lǐng)先”以“共享”為基石

　　“基因修飾猴子的工作，從發(fā)表論文數(shù)就可以看出，中國(guó)占據(jù)著優(yōu)勢(shì)地位。”周琪認(rèn)為，中國(guó)科學(xué)家群體間的協(xié)作，是這一工作取得多項(xiàng)重大成果，得以領(lǐng)先國(guó)際的關(guān)鍵。

　　“多年來(lái)，科技部門(mén)組織起北京、云南、廣東等地的研究力量，專(zhuān)門(mén)設(shè)立了靈長(zhǎng)類(lèi)的目標(biāo)導(dǎo)向項(xiàng)目，在數(shù)據(jù)溝通、研究交流、技術(shù)分享上達(dá)成一致，全力以赴，通力合作?！敝茜骰貞?。

　　資料顯示，在疾病動(dòng)物模型研究方面，我國(guó)建設(shè)了包括小鼠、大鼠、豬、猴等不同模式動(dòng)物的平臺(tái)，在重要基因修飾技術(shù)的開(kāi)發(fā)和使用上取得了多項(xiàng)領(lǐng)先性成果。除上面提到的“獲得世界首例基因突變猴模型”“首次獲得純合基因修飾猴”“首次利用單倍體干細(xì)胞技術(shù)制備小鼠和大鼠轉(zhuǎn)基因模型”外，還制備出多基因敲除大鼠、首次獲得基因突變的豬血液病模型等。

　　此外，我國(guó)科學(xué)家已闡明了非編碼RNA、轉(zhuǎn)錄因子、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、DNA和RNA甲基化調(diào)控的途徑和機(jī)制，并正著力于獲得細(xì)胞分化、去分化、轉(zhuǎn)分化以及細(xì)胞命運(yùn)決定機(jī)制等的理論突破，建立細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控方面的知識(shí)體系，開(kāi)發(fā)功能性細(xì)胞獲得、組織器官構(gòu)建、移植免疫調(diào)節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)。