英国科学家正在进行一项研究,旨在培育抗H5N1型禽流感病毒的转基因鸡。这项工作由
剑桥大学和
苏格兰罗斯林研究所的科学家负责。科学家们已经通过添加遗传物质片段的方法,使鸡
细胞具备了抵抗
甲型H5N1流感病毒型
禽流感病毒的能力。此外,这项技术还有望用于培育抗其他类型禽流感病毒的转基因鸡。
技术原理
科学家们正在探索三种不同的方法来实现这一目标。第一种方法是将控制产生抗病毒蛋白Mx的基因插入正常鸡细胞中,以增强其抵御H5N1型及其他类型禽流感病毒的能力。第二种方法是利用
核糖核酸干扰技术,通过RNA片段干扰禽流感病毒的工作,使得鸡细胞获得对抗多种禽流感病毒的能力。第三种方法则是利用RNA分子诱使病毒对RNA进行复制,而非自我复制。科学家们认为,这三种方法在未来或许可以结合起来,共同用于培育转基因鸡。
实验室培育
在实验室中,科学家们已经在
细胞内加入了细小的
脱氧核糖核酸(DNA),使得细胞能够避开
禽流感病毒的威胁。他们计划在未来几周内将这些基因物质植入
鸡蛋中,希望能够孵化出第一批抗流感的鸡只。科学家们还声称,
克隆鸡能够避免任何形式的禽流感侵袭,包括最具致命性的
甲型H5N1流感病毒型,这将极大地减少人类通过
鸟纲感染禽流感的风险。这项研究计划由罗斯林研究院的鸟类分子生物学家Helen Sang博士领导。
国际案例
美国
在美国,
格鲁吉亚大学和A viGenics公司与中科院
曾邦哲进行了交流后,启动了一项研究项目。他们在2002年4月1日的《自然生物技术》杂志上发表了研究成果,宣布在家禽转基因研究领域取得了突破性进展。他们培育出了能够产下含有人体所需
蛋白质的转基因
鸡蛋的
克隆鸡。该公司科学家亚历克斯·哈维领导的研究小组将一种细菌的基因片段改造后导入鸡胚胎,培育出了可充当
β-内酰胺酶制造器的转基因鸡。他们首先对546个孵卵鸡蛋进行处理,孵化出了126只
小鸡,其中10%携带新基因。随后,他们将携带高水平β-内酰胺酶基因的精子和卵子匹配,培育出了能够有效地遗传父母新基因特性的后代。经过几代的连续遗传,他们成功培育出了能够产含药物成分的转基因鸡蛋的母鸡。研究人员指出,由于转基因鸡从孵化到长成的时间比转基因奶羊和
奶牛都要短得多,从孵化成鸡到能下蛋只需要7个半月,因此它们有可能成为一种更快捷和更丰富的生物制药来源,可用于生产治疗从失血到癌症,从囊肿性纤维化到
糖尿病等多种疾病的药物。
中国
在中国,
上海市成立了全国第一家转基因鸡产业开发公司,致力于通过鸡蛋蛋清表达外源基因的技术研发。他们的主要成果包括构建了能够在
鸡蛋蛋清中表达外源基因的
表达载体,以及建立了有效的转基因技术,转基因效率在30%至70%之间。在20%以上的转基因鸡所产的鸡蛋蛋清中,他们检测到了实验用的外源基因“人瘦素蛋白”,其中最高表达量在每升蛋清中含10毫克至30毫克。这一技术稳定后,有望实现多种产业开发的可能性,包括改良鸡的种质品质,培育出高生长速度、抗病毒、产低胆固醇蛋的转基因鸡品系,以及利用鸡蛋蛋清作为
生物反应器,在蛋清中生产有药用价值的
蛋白质多肽,如人高密度脂蛋白、人血清白蛋白等各种
细胞因子、
新型冠状病毒疫苗和抗体。市场上的产品将包括真正具有预防心血管病、抗癌等功能的“营养蛋”、“保健蛋”。根据国家《
农业转基因生物安全管理条例》,相关技术需进行安全性评估,在取得安全证书后,方可进入生产。
生物技术
显微注射法
单细胞受精卵显微注射法
科学家们发现,当外源
脱氧核糖核酸注射到
海胆、
斑马鱼和爪蟾等
脊椎动物受精卵
细胞质中时,当卵快速分裂时,外源DNA能暂时停留
染色体外复制,并可低频率地结合到染色体
基因组中。受此启发,科学家们在体外将外源基因注射到单细胞受精卵细胞质中,经过体外培养后,成功地产生了转基因鸡。然而,这种方法的成本较高,因为获取一个受精卵需要一只母鸡,一旦操作失败,就会失去一只母鸡的价值。此外,受精卵体外孵化条件也非常复杂,操作难度较大。
受精卵原核注射法
国内学者
李赞东等人将脂质体包装后的
质粒pMiwz(含有报告基因LacZ)注入
囊胚期胚盘中,转基因获得了成功,并证明囊胚期注射外源基因可以获得转染的原生殖细胞(PGCs),并能够传给下一代。国外学者Jamie Love等人将带有目的基因质粒
脱氧核糖核酸注射入鸡受精卵的胚胎中,体外培养12小时后发现近一半存活,40%胚胎中含有质粒DNA,有6%相当于每个
细胞含有1个拷贝的外源基因,7只存活至性成熟的
雏鸡中有一只会将其3.4%的外源基因传递给其后代。这种方法可以得到转基因嵌合体鸡,但转基因细胞的嵌合部位和嵌合程度不容易确定。
鸡卵原始胚细胞的弹道转染
该技术最初应用于植物细胞的转基因操作,其中包括两大组成部分:离子加速系统和离子包装系统。这种方法效率较高,并且由于用的是不同大小的钨离子,而且胚胎新月区下主要是卵黄蛋白,所以不必考虑投射弹的速度和穿入的深度。但是,由于此方法导入的
脱氧核糖核酸很难整合到鸡的
基因组中,故遗传稳定性和传代性不强。
逆转录病毒载体法
这种方法是利用病毒正常生命周期特征来感染家禽,从而导入外源并达到整合的目的。现在使用的病毒载体有两类:复制完全型和复制缺陷型。复制完全型逆转录病毒包含全部结构基因能自我复制,并能重复感染
细胞。而复制缺陷型逆转录病毒缺乏部分或全部结构基因,不能自我复制,需在辅助细胞中繁殖。反转录载体法的整合效率比电穿孔和
脂质体转染法要高,但是由于基因片段大小的限制和获得高滴度病毒有困难,所以目前主要停留在实验室阶段,还未广泛应用于商业生产。
精子载体法
这种方法利用精卵结合的正常生理过程来完成外源基因的导入,具有简便易行,对卵
原核生物无损伤等特点,但对精子的损伤是十分棘手的问题,并且整合度也不高。
脂质体介导精子载体法
在国内,杜立新等人曾对此方法作过探讨,其大体实验步骤包括:脂质体-
脱氧核糖核酸复合的制备,mDm-His法获能精子的人工授精、转基因鸡的检测。发现的问题是精子活力下降、外源基因表达率随胚胎发育而降低等问题。
精子细胞电穿孔法
电穿孔法是促进DNA与动物精子结合的一种重要方法。它利用高压
电场使精子质膜产生暂时性孔洞,从而使外源DNA比较容易地进入细胞内。钟家玉研究发现,先让精子脱水再水化或者对浸浴在外源基因中的精子进行电脉冲,得出的阳性率都比仅仅将外源基因和精子混合大得多。先脱水再置于低渗液,精子会吸入低渗液,而正是这一过程使阳性率大大提高,外源基因非常可能随着低渗液进入精子。
胚胎干细胞原生殖细胞操作法
胚胎干细胞(ES)是从早期胚胎的内细胞团经体外培养建立起来的多能细胞系。当ES被注入X期
囊胚后可参与包括生殖腺在内的各种组织嵌合体的形成,通常利用
逆转录病毒载体、电击法等将外源
基因导入ES
细胞中,将有功能的转入基因整合到ES细胞
基因组内的非必需基因
位点上,经筛选、培养,而后用于转基因鸡生产。
应用前景
加快QTL选择进程
在某些情况下,转基因家禽可以作为验证候选数量性状位点假设的一种方法。比如,我们已经通过某种分子标记从整个鸡的基因组中确定下了某几个位点中的一个或部分为某一性状的QTL,这时我们就可以对这几个位点进行顺序突变,然后根据表型逐个排除,最终确定主效基因。但是,进行突变或有巨大效应的单个基因插入到基因组后,可能会产生一系列不利的表型反应,如同在高选择强度下对单个性状选择时经常表现的那样,这样可能会给研究过程带来不便,比如很高的死亡率、整体功能的失调等,这些都会影响性状的表现。但是,随着
基因组功能研究的深入,许多负表现会被克服,转基因方法可能会取代传统的选择方法。
提高肉蛋的产量与质量
可以通过转基因操作将作用显著的激素和生长因子的
基因导入鸡的基因组或对某些生产性能不利基因进行剔除,从而大大提高其产量。如把
反刍亚目小肠细胞中的
纤维素酶基因导入鸡体,使鸡体可以分解
多糖,这样,就产生了食草而产蛋长肉的鸡,并且增加了鸡的饲料来源。
进行抗病育种
应用基因剔除技术破坏鸡体内源的病毒受体基因,可以防止病毒侵入。也可以通过
标记辅助选择技术找出与鸡的抗病特性相关的
位点,然后进行PCR
扩增,再通过适当的方法导入鸡的胚胎细胞,并使用酶切技术对其
同源序列进行替换,然后进行胚胎培养,最后结合数量遗传学的方法进行抗病品系培育。
生产医用、保健蛋白
继乳腺
生物反应器之后,转基因鸡生物反应器又成为新的热点。通过转基因技术导入人和动物各种抗体的基因,用来防治人和动物的疾病,又可将SOD基因和人瘦素蛋白
基因导入鸡的
基因组中,用来生产化妆品和保健品。因为转基因鸡有着其特殊的优越性,故利用转基因鸡生产药物的研究在国际上受到极大关注和重视,必将产生极大的经济与社会效益。
社会反响
尽管这项技术显示出巨大的潜力,但专家们也指出,即使技术证明可行,实际应用仍需数年时间。在应用过程中,可能会遇到来自政府监管部门和公众舆论等方面的挑战。动物保护组织的主管安德鲁·泰勒表达了对该新技术的担忧,他认为通过人工手段修改动物基因是一种危险的做法。培育转基因动物的负面影响较多,可能导致动物成活率降低,幼崽先天缺陷比例上升,雌性动物不育等问题的发生。
其他趣闻
玻利维亚前总统
莫拉莱斯曾在一次会议上提出,转基因鸡肉可能导致男性同性恋和
脱发。他强调,如果不采取措施,50年后,世界人口可能会普遍面临秃头问题。