克隆猴，世界難題這樣攻克

在中科院神經(jīng)科學(xué)研究所非人靈長類平臺實(shí)驗(yàn)室，劉真博士借助顯微設(shè)備對卵母細(xì)胞進(jìn)行“去核”操作。

新華社記者 金立旺攝

日前，中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過5年的不懈努力，突破了體細(xì)胞克隆猴的世界難題，首次成功培育出體細(xì)胞克隆猴“中中”和“華華”。該項(xiàng)成果于1月25日作為封面文章在線發(fā)表在生物學(xué)頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。

在此之前，盡管羊、豬、牛、馬、狗等哺乳動物的體細(xì)胞克隆都相繼成功，但與人類相近的非人靈長類動物(獼猴)的體細(xì)胞克隆卻一直是生命科學(xué)領(lǐng)域沒有解決的難題。

為何“名不見經(jīng)傳”的孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)能搶先一步獲得成功?他們的成功有哪些啟示?記者近距離接觸了這支中國團(tuán)隊(duì)。

面對重大科學(xué)難題堅(jiān)持不放棄，是成功關(guān)鍵

“針對重大的科學(xué)難題，堅(jiān)持不懈地把它攻克，是這個項(xiàng)目成功的主要原因。” 在談及孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)成功原因時，中科院神經(jīng)科學(xué)研究所所長、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心主任蒲慕明院士說。

時間倒回到2000年。

那一年，在經(jīng)過6年的嘗試失敗之后，美國匹茲堡大學(xué)教授杰瑞·沙騰得出“基于‘多莉’(克隆羊)的克隆技術(shù)實(shí)現(xiàn)克隆猴是行不通的”結(jié)論。隨即，“克隆猴”研究在美國生命科學(xué)界遇冷。

盡管被判了“死刑”，但因?yàn)?ldquo;克隆猴”對人類的重要性，全世界仍有不少科研人員為攻克這個難題繼續(xù)做著努力。

2007年，昆明理工大學(xué)靈長類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院院長季維智和中科院動物所周琪團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，“體細(xì)胞克隆猴的胚胎是可以達(dá)到囊胚階段的”，這就將此前沙騰教授認(rèn)為“胚胎發(fā)育超越不了八細(xì)胞期”的觀點(diǎn)否定掉了。隨后的2010年，美國的米塔利波夫團(tuán)隊(duì)成功移植了克隆猴胚胎，并將胚胎發(fā)育的時間延長至81天。

雖然，這枚胚胎沒能最終成活，卻讓大洋彼岸的蒲慕明看到了希望。

2012年，在浙江烏鎮(zhèn)舉行的中科院神經(jīng)所非人靈長類研究小型專題研討會上，蒲慕明提出神經(jīng)所一定要馬上開展猴體細(xì)胞克隆的工作，并把這個任務(wù)交給了孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)。

他對孫強(qiáng)說：“猴子懷孕周期是160天左右，美國科學(xué)家還差一半就成功了，我們也很有希望——只要做好剩下的一半。”

于是，在沒有現(xiàn)成平臺和猴子基地的情況下，孫強(qiáng)率領(lǐng)以博士后劉真為主的團(tuán)隊(duì)開啟了這項(xiàng)研究。

孫強(qiáng)說：“我們當(dāng)時在蘇州西山租了一塊地方作為研究平臺。那里環(huán)境比較簡陋，我們17個人要輪流買菜、做飯。一周7天，每天24小時交替值班，日夜照顧1000多只猴子。”

就是在這樣的艱苦環(huán)境下，孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)一直沒有放棄，硬是克服重重困難最終攻克了這一世界難題。

劉真說：“這期間，失敗有很多次，但是團(tuán)隊(duì)每個成員一直沒有放棄希望。我們認(rèn)為經(jīng)歷一次失敗就是排除了一條錯誤的道路。失敗后更多的是調(diào)整心態(tài)，分析失敗原因，尋找解決途徑。”

“猴子是靈長類動物，成本很高，不像其它實(shí)驗(yàn)可以不斷去嘗試。很多實(shí)驗(yàn)室可能會因?yàn)槭〈螖?shù)多停掉實(shí)驗(yàn)。”蒲慕明說，“我們一開始也沒有把握能突破，也是在冒險(xiǎn)。但一旦我們看準(zhǔn)這是一個非常重要的問題，就一定要堅(jiān)持把它做成。”

把已有的技術(shù)進(jìn)行集成和優(yōu)化，也是創(chuàng)新

據(jù)媒體報(bào)道，曾參與克隆全球首只體細(xì)胞克隆動物“多莉”羊的英國科學(xué)家威廉·里奇在一份聲明中說，克隆“中中”和“華華”的方法與他們克隆“多莉”的方法“相似”，但有了一些技術(shù)細(xì)節(jié)的“更新”。

蒲慕明也坦承，孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)沒有發(fā)明什么新的技術(shù)，而是把當(dāng)前世界范圍內(nèi)所有關(guān)于“體細(xì)胞克隆”相關(guān)的最新技術(shù)進(jìn)行了集成和優(yōu)化。“是把已有的技術(shù)巧妙地使用，得到了結(jié)果。”

蒲慕明舉例說，比如之前米塔利波夫的實(shí)驗(yàn)之所以沒有成功，原因之一可能是在核移植這一環(huán)節(jié)中做得還不夠細(xì)致，“我們就在這項(xiàng)技術(shù)上做了進(jìn)一步的優(yōu)化。”

孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的成功，精湛熟練的顯微鏡操作技術(shù)功不可沒。猴的卵母細(xì)胞不易識別，“去核”(核移植的步驟之一)難度大，對技術(shù)的要求極高。如何才能清晰快速地識別出細(xì)胞核?團(tuán)隊(duì)科研人員研究發(fā)現(xiàn)，只有在偏振光照射下，細(xì)胞核才能在顯微鏡下顯露“身影”，于是就決定在移除細(xì)胞核時借助偏振光設(shè)備來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞核的精確定位。

為了盡量減少細(xì)胞損傷，增加胚胎存活率，整個操作時間必須越短越好。劉真是“去核”的主要操作者。為了能在“去核”過程中做到快速準(zhǔn)確，他苦練技術(shù)幾年，最終能達(dá)到平均10秒取出一個核。

劉真說：“整個核移植操作的基礎(chǔ)我是利用小鼠卵母細(xì)胞進(jìn)行練習(xí)，差不多連續(xù)三四個月每天練習(xí)8—10個小時。小鼠的基礎(chǔ)熟練了，從鼠到猴基礎(chǔ)操作并不需要很大的跳躍，只是猴卵母細(xì)胞‘去核’更難，需要一個重新適應(yīng)和熟練的過程。”

借助顯微設(shè)備，劉真用一雙巧手反復(fù)練習(xí)，在最短時間內(nèi)、用最小損耗完成“卵母細(xì)胞去核”和“體細(xì)胞移植”工作，為后續(xù)的克隆工作奠定重要基礎(chǔ)。

除了操作技術(shù)，孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)另一個成功的關(guān)鍵是找到了體細(xì)胞去甲基化、乙?；暮线m配方。

“這也是從此前華裔科學(xué)家、美國哈佛醫(yī)學(xué)院教授張毅等科學(xué)家的研究中受到的啟發(fā)。”孫強(qiáng)說。

蒲慕明說：“生物學(xué)很多沒有突破的重大問題，并不是說需要開發(fā)新技術(shù)才能突破。創(chuàng)新不一定是創(chuàng)造新技術(shù)和新理論，把已有技術(shù)進(jìn)行集成和優(yōu)化，這也是創(chuàng)新。”更重要的是，不能只做漸進(jìn)式、增量式的創(chuàng)新，必須針對領(lǐng)域中公認(rèn)的難題、有里程碑意義的目標(biāo)進(jìn)行大膽跳躍式攻關(guān)，這樣才能在該領(lǐng)域取得領(lǐng)跑地位。

要想取得更多重大原創(chuàng)突破，須重視本土青年創(chuàng)新人才培養(yǎng)

孫強(qiáng)和劉真二人都沒有任何海外留學(xué)經(jīng)歷，是名符其實(shí)的“土博士”。

去國外好的實(shí)驗(yàn)室做博士后，發(fā)表好的文章，再回國成立自己的課題組是目前最常見也是相對容易成功的一種模式。很多青年科研人員都選擇了這條路，但劉真沒有。

2010年，劉真考入中科院神經(jīng)科學(xué)研究所攻讀碩士學(xué)位。在他碩士二年級時，便加入導(dǎo)師孫強(qiáng)的研究團(tuán)隊(duì)，跟隨他們一起攻堅(jiān)體細(xì)胞克隆猴這一世界級難題。2016年，劉真博士畢業(yè)時，以他博士期間的學(xué)術(shù)成績，申請到國外頂級實(shí)驗(yàn)室是沒有問題的。但劉真最終還是決定繼續(xù)留下來挑戰(zhàn)“克隆猴”的難題。

對于這個決定，劉真一直沒有后悔過，“我覺得國內(nèi)當(dāng)前的科研條件已不同以往，國家對人才培養(yǎng)也更加重視，在國內(nèi)做出越來越多世界領(lǐng)先的成果是必然趨勢。像非人靈長類體細(xì)胞克隆是一個極具挑戰(zhàn)性的課題，蒲慕明院士多年前就認(rèn)識到此課題的重大意義，并提出要攻克此難題，對孫強(qiáng)老師領(lǐng)導(dǎo)的非人靈長類平臺給予大力支持。在我看來，沒有哪個地方能比神經(jīng)科學(xué)研究所和孫強(qiáng)老師實(shí)驗(yàn)室給我提供更好的機(jī)會和支持。”

蒲慕明也認(rèn)為劉真做了一個正確的選擇，“很少會有哪個實(shí)驗(yàn)室把一個風(fēng)險(xiǎn)如此巨大的課題，交給一個初來乍到的博士后去做。而我們不但交給劉真這樣的年輕博士后去做，還給他盡可能創(chuàng)造最好的科研環(huán)境、長期持續(xù)的精神鼓勵，并提供超出國內(nèi)一般博士后的待遇。”

蒲慕明同時表示，中國科學(xué)研究要想取得更多重大原創(chuàng)突破，成為世界科學(xué)的領(lǐng)跑者，重視本土青年創(chuàng)新人才的培養(yǎng)很關(guān)鍵。本土培養(yǎng)的青年科學(xué)人才并不比海外留學(xué)回來的差，但目前高校和科研院所似乎更偏向于招收“海歸”青年科技人才，資助力度也相對更大。

青年科研人員該如何創(chuàng)新?劉真說：“一個人不可能憑空創(chuàng)新，信息交流很重要，無論是與本實(shí)驗(yàn)室導(dǎo)師及同事內(nèi)部的交流，還是同行之間的交流，都很重要。另外，要非常熟悉自己領(lǐng)域內(nèi)過去和現(xiàn)在的科研進(jìn)展及動態(tài)，任何創(chuàng)新都是建立在前人的工作基礎(chǔ)上的。”(記者 吳月輝)