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桃莉羊出現後20年,複製動物技術改變了什麼?—《BBC知識》

  • 文/亨利‧尼寇斯(Henry Nicholls)
  • 譯/賴毓貞

英國的研究團隊複製出桃莉羊至今已 20 年,

當時的評論家說接下來的世界

將處處可見複製動物和複製人,

那麼這些複製品現在到哪兒去了?

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英國的研究團隊複製出桃莉羊至今已 20 年,當時的評論家說接下來的世界將處處可見複製動物和複製人,那麼這些複製品現在到哪兒去了?圖/《BBC 知識》國際中文版提供

雖然胚胎生物學家比爾.瑞奇(Bill Ritchie)早就知道桃莉羊會是大新聞,不過在記者爭相報導複製羊之時,他依然對於桃莉羊引起的騷動感到吃驚。「那個星期一早上,研究所外停滿了衛星轉播車,忙著向全世界發送新聞。」當時任職於英國愛丁堡大學羅斯林研究所,也是桃莉羊團隊成員的瑞奇說,「一切都亂成一團。」

一名記者想像桃莉羊代表著「科學界將出現一場相當於原子彈、登月火箭或 DNA 般的大躍進」;還有人指控科學家是在「扮演上帝」,也有些人預期將會出現幾千隻一模一樣的複製姊妹羊。有名評論家甚至擔憂地預言,「一般大學生或研究生將有可能複製人類。」然而也有些人的反應比較正面,認為複製技術是瀕危物種的救命仙丹。

有鑒於複製動物激起極大的震撼,對於未來的發展也眾說紛紜,我們的確應該問問,到底發生了什麼事?複製動物都去哪了?哪些成功、哪些失敗?還有誰為了什麼原因在複製動物?桃莉羊出現的 20 年後,牠留下了什麼?

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桃莉羊和製作牠的團隊成員的伊恩.威爾穆特博士(Ian Wilmut)。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

瑞奇說,「每個人都認為複製動物很簡單。」但事實並非如此。以桃莉羊為例,瑞奇成功複製出 277 個綿羊細胞,其中只有 29 個能夠正常分裂,他將它們植入代孕母羊體內,最後只有一隻小羊順利誕生。「這項技術並不是特別有效率。」瑞奇解釋,「我有時還會納悶,到底是怎麼成功的。」

那麼到目前為止,我們有任何改良技術可以協助提升效率嗎?「不多。」瑞奇說,「複製動物的程序還是很沒效率。」這足以說明為什麼許多預期的應用領域都沒有進展。

舉例來說,畜牧業者應該很希望能複製出一大群最值錢的動物,同時改善並維持這些動物的品質。然而複製成功率太低,再加上人們對於食用複製品仍有疑慮,因此只有最勇於冒險的人才敢挑戰。博雅集團(Boyalife)旗下、全世界最大的動物複製工廠今年在中國天津開始營運,為了因應中國逐年成長的牛肉需求,他們的目標是生產 10 萬個高品質母牛胚胎,最終希望增加至每年 100 萬頭牛。

低效率產出也意味著,複製有價值的動物仍屬於小眾活動,只有超級大富翁才負擔得起。例如美國愛達荷州的企業家,同時也是賽騾愛好者的唐納.傑克林(Donald Jacklin)便將部分財產投入複製騾的計畫。複製技術也可用於製造去勢賽馬的複製品,雖然不便宜,但與一匹珍貴種馬所能獲得的巨大利益相比,還是有足夠的金錢誘因。

複製一隻一模一樣的寵物,好嗎?

複製技術的另一項應用是,在心愛的寵物過世之後複製牠們,然而這個主意既沒道理,也沒商機。「幹嘛複製寵物?」瑞奇問道,「牠可能看起來和你剛過世的寵物一模一樣,但個性不會一樣。」不過這仍無法阻止英國夫婦理查.雷姆德(Richard Remd)和蘿拉.雅克(Laura Jacques)複製他們去世不久的拳師狗狄倫,他們去年底飛到南韓迎接兩隻複製小狗的誕生。為了「延長與寵物之間的友誼,重回有牠相伴的時光。」雷姆德和雅克支付秀岩生物科技基金會約 300 萬台幣。

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英國愛狗夫婦雷姆德和雅克砸了重金製作拳師狗狄倫的複製狗。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

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狄倫在八歲時死於癲癇。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

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這兩隻誕生於 2015 年 12 月的小拳師狗是狄倫的複製品。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

那用來拯救瀕危物種呢?

此外,使用複製技術拯救瀕危物種的願景也還沒有實現。原因很簡單:依照瀕危物種的定義,能夠作為代理孕母的雌性動物也從缺。不過還是有成功的例子,例如已於 2001 年成功複製分布在法國科西嘉島與義大利薩丁尼亞島上的歐洲盤羊,能夠成功是因為在人類豢養的動物中,有與牠們親源關係非常接近、可作為代理孕母的物種。

英國愛丁堡大學的科學史學家米格爾.賈西亞桑喬(Miguel Garcia-Sancho)表示,對於參與複製桃莉羊的科學家而言,這些應用(農業、譜系育種、寵物、保育)都不是首要考量,「科學家並未將複製視為最終目的。」他說,複製不過是製作基因改造動物的過程中,極為重要的一環。

就在 1997 年 2 月桃莉羊的新聞披露之時,羅斯林研究所的研究人員正準備製作更多複製羊,這些複製羊帶有一個關鍵的基因差異,而非與桃莉羊完全相同的複製體。用來製作這些綿羊的細胞核(細胞中含有大多數遺傳物質之處)已經改造成帶有人類的凝血蛋白(凝血因子 IX),這麼做是希望凝血因子 IX 會出現在這群羊分泌的乳汁中,收集這些蛋白質可治療血友病患者。這樣的理論基礎相當合理,這些羊的乳汁中也的確具有凝血因子 IX,然而含量不足以商業化。

以救命之名

儘管有許多挫折,但在製作對於科學研究相當重要的基因改造動物時,複製仍是不可或缺的步驟。最有價值的應用之一,即改良現在用來研究人類疾病的小鼠模式。

「小鼠不是人類。」桃莉羊計畫的重要人物,現任德國慕尼黑工業大學家畜生物科技學系系主任的安潔莉卡.許尼克(Angelika Schnieke)說,「豬雖然也不是,但豬在生理上比小鼠更接近人類。」過去幾年,科學家已經利用複製技術製作出囊腫性纖維化、腸癌、糖尿病以及心血管疾病的模式豬,這些豬也正用於測試新的藥物、造影技術以及療法。

此外,複製技術也讓我們離使用豬隻器官進行移植手術的世界越來越近。研究人員藉由改造豬胚胎中的細胞,再加入少許人類基因,即可避免複製豬的器官被人類免疫系統所排斥。

有了複製技術,也有機會製造可對抗常見疾病的基改動物。例如 2014 年,中國科學家使用基因改造技術加上複製技術,製造出對引發乳腺炎(會使乳房組織疼痛並發炎)的細菌具有抗性的母牛。這項研究除了有助於改良所有家畜外,業者因此可免於數百億元的損失。類似的方法也能夠製作抗非洲錐蟲病(又稱昏睡病)的基改牛,引起昏睡病的寄生蟲是造成撒哈拉沙漠以南的地區,牲畜產量受限的主要因素。

複製技術甚至對環境也有幫助。加拿大貴爾夫大學的研究團隊已經製作出環保豬(Enviropig),這些豬的體內多了一種酵素,能夠減少糞便中的磷含量,因此可降低對環境的汙染。

而對於歷史學家賈西亞桑喬而言,桃莉羊留給後人的,並不是一群一模一樣的牲畜,或是「復活」心愛的寵物。這頭綿羊以及牠所引起的轟動,讓科學家對人類胚胎幹細胞產生極高的興趣,著手更多相關研究。也許桃莉羊最大的貢獻是,促使科學家於 2006 年發現成熟個體的細胞能夠直接轉變為全能的幹細胞,不需先將細胞核取出再放入另一個細胞,這般仰賴運氣又繁瑣的過程。就如賈西亞桑喬所說,「科學往往超乎你的想像。」

複製動物史

» 1894:德國生物學家漢斯.德利希(Hans Driesch)將處於兩顆細胞階段的海膽胚胎(取自義大利拿坡里灣)連水裝進燒杯加以震盪,最後這兩個細胞分開,長成兩個獨立但一模一樣的海膽。

» 1902:德國科學家漢斯.斯佩曼(Hans Spemann)利用他強褓中兒子的細髮將蠑螈胚胎一分為二,結果他得到了兩隻蠑螈。

» 1952:美國的科學家羅伯特.布瑞格斯(Robert Briggs)以及湯瑪斯.金(Thomas King)成功將取自青蛙胚胎細胞的細胞核,轉移至已取出細胞核的卵細胞中。

» 1962:英國牛津大學的生物學家約翰.戈登(John Gurdon)使用成蛙(而非胚胎)細胞的細胞核,證實已分化細胞的細胞核仍具有生成完整動物個體的能力。

» 1962:中國胚胎學家童第周將相同的技術應用在魚身上,他的研究結果一開始只以中文發表,因此並未在中國以外的地區引起太多注意。

» 1996:複製桃莉羊的技術源自於戈登的方法,證實了即使是哺乳動物已分化細胞的細胞核,仍保有從一個細胞打造完整動物的能力。當時共複製了 277 個綿羊細胞,其中 29 個發育為胚胎,桃莉是唯一一個在植入代理孕母體內後,仍持續發育的胚胎。

» 2001:美國德州農工大學的研究團隊,製作出第一隻複製寵物從「CC」,也就是 Copy Cat(複製貓)和 Carbon Copy(複寫副本)的縮寫。

» 2001:美國先進細胞科技公司的科學家首次複製出瀕危物種,即亞洲原生種的印度野牛「諾亞」,然而諾亞僅活了兩天便死於痢疾。

» 2005:具爭議性的南韓科學家黃禹錫使用阿富汗獵犬的耳朵細胞製作出世界首隻複製狗「史努比」,代理孕母是一隻拉布拉多犬。

桃莉羊的一生

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複製桃莉羊的技術源自於戈登的方法,證實了即使是哺乳動物已分化細胞的細胞核,仍保有從一個細胞打造完整動物的能力。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

.桃莉的細胞核來自一隻六歲芬蘭多塞特羊的乳腺細胞。
.這個乳腺細胞的細胞核被注射入蘇格蘭黑面羊的卵細胞中。
.這隻複製小羊出生時的代號為 6LL3。
.由於牠來自乳腺細胞,因此以上圍豐滿的女歌手桃莉‧芭頓(Dolly Parton)之名將 6LL3 命名為桃莉。
.桃莉誕生於 1996 年 7 月 5 日,出生時的體重重達 6.6 公斤。
.桃莉一生中產下六隻健康的小羊,第一隻寶寶「邦妮」誕生於 1998 年春天。
.桃莉在 2001 年接受關節炎治療,羅斯林研究所否認牠有提早老化的現象。
.2003 年桃莉的胸腔檢查出腫瘤,便於當年的情人節被安樂死。
.桃莉隨後被製成標本,展示在愛丁堡的蘇格蘭國立博物館內。

如何複製桃莉羊?

胚胎早期的細胞幾乎無所不能,能夠轉型為生物的任何一部分,也許是皮膚細胞、肌肉細胞、神經細胞或是血液細胞。在桃莉羊誕生之前,每個人都認為在哺乳動物中,這個特化(也就是分化)的過程是不可逆的,而桃莉羊證明了事實並非此。

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科學家從一個卵細胞開始。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

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取出卵細胞的細胞核(細胞中含有大多數遺傳物質的部分)。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

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以細針汲取一個已分化的細胞,圖為成熟個體的乳腺細胞。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

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將乳腺細胞注射入卵細胞,施以微量電脈衝讓細胞核與新的細胞環境融合,並啟動細胞分裂程序。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

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卵細胞與已分化的細胞融合。圖中可以看到卵細胞現在有了細胞核(中央偏上方)。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

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將胚胎植入代理孕母的子宮,代理孕母會孕育複製體直到分娩。圖/《BBC 知識》國際中文版提供

科學家從一個卵細胞開始 ① 。 取出卵細胞的細胞核(細胞中含有大多數遺傳物質的部分) ② 。 以細針汲取一個已分化的細胞,圖為成熟個體的乳腺細胞 ③ 。 將乳腺細胞注射入卵細胞,施以微量電脈衝讓細胞核與新的細胞環境融合,並啟動細胞分裂程序 ④ 。 卵細胞與已分化的細胞融合。圖中可以看到卵細胞現在有了細胞核(中央偏上方) ⑤ 。 將胚胎植入代理孕母的子宮,代理孕母會孕育複製體直到分娩 ⑥ 。

複製倫理大哉問

有些複製形式很容易判斷是否符合倫理道德,有些則頗具爭議。

» 贊成

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» 反對

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本文摘自《BBC 知識國際中文版》第 64 期(2016 年 12 月號)。

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