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早年想做公务员,如今发明“人造精子”技术,获上海市自然科学一等奖
发布时间:2018-04-12   来源:上观新闻

 

  对细胞进行重编程,目前比较有效的是核移植和诱导多能干细胞技术。全球首例克隆猴采取的就是核移植技术,该技术与诱导多能干细胞技术于2012年摘得诺奖。然而,核移植技术程序复杂、克隆胚胎发育率低;诱导多能干细胞技术安全性低,重编程机制不清楚。如何找到一种安全、可靠、高效的细胞重编程技术,一直困扰着生物学界。
  
  中科院生物化学与细胞生物学研究所李劲松团队开展系列研究形成了遗传疾病治疗策略,有望在受精卵形成或受精过程中修复基因缺陷,对于人口健康具有重要的意义,日前获得上海市自然科学一等奖。
  
  “人造精子”入选中国科学十大进展
  
  “能够证明这一假说,我到现在都感到兴奋。”李劲松研究员告诉解放日报·上观新闻记者,通过核移植重构胚胎,能在小鼠的体外发育成囊胚,但将这些囊胚移入小鼠子宫,仅有3%左右能发育成克隆鼠。国际上有一种假说认为,这是由于克隆囊胚的滋养外胚层里,存在一类“重编程异常细胞”。然而,这一假说始终未被证实。2011年,李劲松团队不仅直接验证了这一假说,还修复了个中缺陷,使克隆动物出生率一下提高了6倍。
  
  卵子和精子是体内仅有的单倍体细胞,然而卵子和精子都无法在体外培养,也无法在基因层面进行操作。从上世纪80年代初,就有许多科学家想要建立一个单倍体细胞来当精子用,无奈在细胞培养中,这些单倍体细胞很容易自发地二倍体化,直到近年来出现了流式分选仪,可以把单倍体和二倍体分开。李劲松研究组和徐国良课题组“借壳生蛋”,从只携带精子遗传物质的胚胎中建立了单倍体胚胎干细胞,再将其注入卵子后于2011年10月23日产生了健康的小鼠。“这是非常令人惊奇的事情。因为这并不是真正的精子,而是胚胎干细胞。”这一成果入选了2012年度中国科学十大进展。
  
  这一半克隆技术当时的成功率只有2%,到了2015年,成功率提高到了20%。“我们很好奇,卵子单倍体细胞是否也如此?”研究组从卵子中找到了能够代替精子的单倍体胚胎干细胞,在实验室里诞生了“没有爸爸,却有两个妈妈”的健康小鼠。半克隆技术的成熟,使得它真正变成了一个工具。“围绕这一工具,我们正在开展一项全基因组标签计划,准备为全部2万多个编码蛋白质的基因添加一个标签,使每个蛋白质具有特定的‘二维码’。”
  
  受精卵是生命的起始,是否能在这一阶段修复导致疾病的遗传缺陷呢?仅用了8个月,课题组直接使用CRISPR-Cas9(一种基因编辑手段)修饰携带遗传缺陷的白内障小鼠受精卵,发现有三分之一新生小鼠被治愈,在国际上率先建立了受精卵介导的基因治疗策略。这一成果被写入经典教科书“分子细胞生物学”。但该方法存在治愈率低及少量脱靶问题。为此,课题组从白内障小鼠睾丸中获取精原干细胞,在体外进行修复并选择不存在脱靶的“优质”细胞移植到体内产生精子,进而通过卵子注射获得了100%修复的小鼠。该研究为人类遗传修复提供了一条新的思路。
  
  “以前没有想过做科学家,直到硕士毕业还想做公务员”
  
  “以前没有想过做科学家,直到硕士毕业都还想做公务员。”今年47岁的李劲松坦言,在和公务员失之交臂后,他逐渐对科学产生了浓厚的兴趣。其实,早在上大学时,他的动物繁殖课就考了100分。在中科院动物研究所攻读博士时,他在山东一个牛场呆了3个月,参与了我国第一批克隆牛的工作,获得了国家自然科学二等奖。
  
  在美国洛克菲勒大学从事博士后工作时,李劲松所在的实验室,都在研究嗅觉,只有他一个人从事嗅觉神经细胞克隆工作。由于之前没有做过小鼠核移植,在整整一年半时间里,工作进展缓慢,他一度也想离开。在瘦了20斤以后,他的研究总算有了眉目。
  
  “中科院生物化学与细胞生物学研究所有着自由的科研氛围,与我在美国洛克菲勒大学感受到的没有什么两样。”一路走来,李劲松很是感慨,从事科研既要守得住,不能轻易放弃,也要结合新技术,说不定就会柳暗花明。
  
  在他的实验室走廊,展示着课题组的一些重要成果。“我想以此来激励大家,要出更多更好的成果,把走廊都挂满,也要努力为增强人民福祉作贡献。”(作者 黄海华)