由陳系古教授領(lǐng)導(dǎo)的“人類轉(zhuǎn)基因動物模型的制作”課題組歷時5年,研制成功了四種轉(zhuǎn)基因小鼠。其中,熒光鼠為胚胎干細(xì)胞、人類基因功能、人體組織工程和克隆器官等研究提供了基礎(chǔ);患白化病的小鼠轉(zhuǎn)導(dǎo)了酪氨酸酶基因后長出了黑毛;四環(huán)素調(diào)控系統(tǒng)和丙肝核心抗原的轉(zhuǎn)基因小鼠分別傳到第四、第三代,為制備人類丙肝病毒感染的雙基因動物模型提供了父代、母代。陳系古教授介紹說,科研人員取白色小鼠3.5天胎齡的囊胚,體外注射8-12個轉(zhuǎn)染了綠色熒光蛋白基因的黑色小鼠胚胎干細(xì)胞,共獲得363枚嵌合了黑、白兩種小鼠細(xì)胞的胚胎,其中237枚分別移植到18只小鼠假母的子宮里,最后產(chǎn)下16只小鼠,其中四只經(jīng)藍(lán)光照射能發(fā)出綠色熒光,只有1只存活。在特制的顯微鏡下,能看到小鼠的皮膚、腦部、肺部發(fā)出綠色熒光。研制熒光鼠的意義在于摸清嵌合體的規(guī)律,為很多基礎(chǔ)研究提供幫助。例如,將神經(jīng)干細(xì)胞打入小鼠體內(nèi)治療帕金森,如果采用了熒光鼠來做實(shí)驗(yàn),就可在特制的熒光體視顯微鏡下看到,小鼠的皮膚、腦部、肺部發(fā)出綠色熒光,由此可觀察胚胎干細(xì)胞發(fā)育走向、綠色熒光蛋白基因的表達(dá)嵌合過程,并提供綠色熒光蛋白作為動物實(shí)驗(yàn)示蹤劑的有效性、安全性的研究證據(jù)。建立酪氨酸酶基因小鼠模型為人類攻克白化病這種遺傳病提供了基礎(chǔ)??蒲腥藛T展示了一張混合了黑、白雙色毛的小鼠照片,這是一只酪氨酸酶轉(zhuǎn)基因鼠。小白鼠是基因突變、患了白化病的小鼠。在酪氨酸酶基因異常的小白鼠精卵里注射了正常的基因,將這個轉(zhuǎn)基因受精卵和普通小鼠受精卵一起,再種植到假母的子宮里。三周后,假母生下6只小鼠,其中5個是普通小鼠,眼睛紅色,1只為轉(zhuǎn)基因小鼠,身上長出了黑、白色的雜毛,眼睛也變成黑色。雜毛鼠再和小白鼠交配,生下11只小鼠,其中6個也是黑白雜毛和黑眼睛,另外5個為普通小白鼠。實(shí)驗(yàn)證明,轉(zhuǎn)基因成功,并可以遺傳給下一代,轉(zhuǎn)導(dǎo)的酪氨酸酶基因能導(dǎo)致黑色素生成。陳系古教授說,他們的近期目標(biāo)是制造出人類丙肝病毒感染的雙轉(zhuǎn)基因小鼠,現(xiàn)在雙轉(zhuǎn)基因小鼠的父代、母代都制作成功了,它們是四環(huán)素調(diào)控系統(tǒng)和丙肝核心抗原轉(zhuǎn)基因小鼠。
轉(zhuǎn)基因動物研究進(jìn)展
人類改造自然界的生物種群,開始于人工篩選育種,繼而人工雜交、人工誘變。80年代,我國科學(xué)家朱作言國際上首先研制成功了轉(zhuǎn)基因魚。90年代,國內(nèi)成功研制了轉(zhuǎn)基因羊。 轉(zhuǎn)基因禽類生物反應(yīng)器,包括肝臟和輸卵管表達(dá)系統(tǒng)。1993年Ruslin 研究所的Sang博士成功在禽蛋卵黃表達(dá)外源蛋白。1994-1995年我國曾邦哲提出系統(tǒng)(結(jié)構(gòu))遺傳學(xué)(system genetics)方法和首創(chuàng)了輸卵管生物反應(yīng)器(oviduct bioreactor)的概念與術(shù)語、詞匯等 – 轉(zhuǎn)基因禽類金蛋計劃(Goldegg Plan)。1996年在北京召開了第1屆國際轉(zhuǎn)基因動物學(xué)術(shù)研討會(秘書長曾邦哲)并闡述(Zeng BJ)了輸卵管生物反應(yīng)器、生物系統(tǒng)論與遺傳學(xué)、生物工程等,并得到了朱作言、旭日干、劉德培等我國著名科學(xué)家的參與和支持,哺乳動物乳腺生物反應(yīng)器和禽類輸卵管生物反應(yīng)器成為轉(zhuǎn)基因動物的重要方向。動物克隆 –無性生殖技術(shù),開始于1938年德國科學(xué)家施佩曼的蠑螈受精卵結(jié)扎實(shí)驗(yàn)。1961年我國科學(xué)家朱洗采用人工刺激蟾蜍成熟卵,成功研究了兩棲類人工單性生殖。1962年,英國科學(xué)家J. B. Gurdon,采用核移植法成功培育了非洲爪蟾成體。1980年,美國生物學(xué)家P. C. Hoppe和日內(nèi)瓦超微型外科專家K. I. Illmense,用胚泡細(xì)胞核移植方法成功繁育了小鼠。 1997年英國I. Wilmut等,用綿羊乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去細(xì)胞核的卵細(xì)胞中,成功得到了克隆羊“多莉”,克隆動物的主要目的是解決用作生物反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因動物品系的純種繁殖問題。21世紀(jì),基于系統(tǒng)生物學(xué)的基因工程 - 合成生物學(xué),也就是系統(tǒng)生物工程技術(shù)的進(jìn)展,轉(zhuǎn)基因技術(shù)包括轉(zhuǎn)基因動物的研究與開發(fā),進(jìn)入了人工設(shè)計、合成基因與基因調(diào)控鏈的轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)生物技術(shù)新的時期,改變了以往的單基因克隆、載體構(gòu)建與基因轉(zhuǎn)移方法,開啟了全基因合成、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計乃至人工基因組轉(zhuǎn)移的多基因轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)時代。
轉(zhuǎn)基因動物(transgenicanimal)在目前生物及醫(yī)學(xué)研究方面的應(yīng)用極為廣泛,轉(zhuǎn)基因小鼠一直是研究外源基因構(gòu)筑型態(tài)、染色體嵌插、轉(zhuǎn)基因表現(xiàn)及調(diào)節(jié)的最佳模式,也是建立轉(zhuǎn)基因技術(shù)最好的工具,尤其是在轉(zhuǎn)基因家畜之前,先以小鼠進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)是求事半功倍不可或缺的過程。
轉(zhuǎn)基因動物應(yīng)用的領(lǐng)域可以包括研究基因的活動對致癌病毒與癌細(xì)胞的生長的影響、基因的活動與免疫細(xì)胞間的交互作用與調(diào)控的機(jī)制、研究基因?qū)τ谏L的調(diào)控機(jī)制,以及生物學(xué)與遺傳學(xué)的機(jī)制,也被應(yīng)用于以人類細(xì)胞作為組織及器官移植的發(fā)展方面,如基因參與體細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞及存在各個組織的干細(xì)胞的體外誘導(dǎo)分化研究等等。轉(zhuǎn)基因動物除用于一般基礎(chǔ)研究外,對于制造具有治療效果的蛋白質(zhì)、器官移植、疫苗、毒理實(shí)驗(yàn)、動物品種改良及水產(chǎn)養(yǎng)殖等均有很大的貢獻(xiàn)。雖然截至目前為止,轉(zhuǎn)基因的研發(fā)已有若干良好的成果,但尚有若干問題待克服,所以轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展將是不可限量的。為了使科研人員能夠順利進(jìn)行上述的實(shí)驗(yàn)并得到有意義的結(jié)果,這些實(shí)驗(yàn)中所使用的設(shè)備不僅應(yīng)當(dāng)有特殊的功能,還應(yīng)當(dāng)同時有很高的、過硬的質(zhì)量,能夠提供確保結(jié)果正確所需的可靠性、精確性以及可重復(fù)性。
美國哈佛儀器公司(HarvardApparatus)即生產(chǎn)并銷售可用于成功完成微注射和/和微灌注所需的整套產(chǎn)品.如Harvard/醫(yī)療系統(tǒng)
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