克隆=永生？一只綿羊到底可以被克隆多少次？

不知道大家有沒(méi)有想過(guò)一個(gè)問(wèn)題：如果有克隆技術(shù)的加持，是不是人類就可以子子孫孫無(wú)窮無(wú)盡地繁衍下去呢？

書(shū)本上的知識(shí)告訴我們，哺乳動(dòng)物自然狀態(tài)下并不靠無(wú)性生殖維持種群。直到克隆羊多莉的橫空出世，科學(xué)家們才知道，即便是哺乳動(dòng)物，它的細(xì)胞也具有重新長(zhǎng)成一個(gè)個(gè)體的潛能。

除了科學(xué)上的突破外，克隆技術(shù)還有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。比如在農(nóng)業(yè)中，養(yǎng)殖者就希望能直接克隆一些具有優(yōu)良特性的動(dòng)物，規(guī)避育種的成本。此外，科學(xué)家們也期望能使用克隆技術(shù)，拯救一些瀕危物種。

7月11日在西藏（當(dāng)雄）金絲野牦牛繁育基地拍攝的克隆牦牛。新華社記者 晉美多吉 攝

然而在諸多克隆嘗試后，科學(xué)家們也逐漸意識(shí)到，許多克隆出的動(dòng)物，往往存在這樣那樣的些許異樣。這也衍生出一個(gè)相應(yīng)的問(wèn)題：動(dòng)物可以進(jìn)行無(wú)限克隆嗎？

日前，《自然-通訊》雜志發(fā)表的一篇論文告訴了我們答案——不行。

一場(chǎng)跨越二十年的研究

1997 年，夏威夷大學(xué)的柳町隆造與若山照彥兩名科學(xué)家克隆出了一只小鼠。當(dāng)時(shí)，這是一個(gè)里程碑式的結(jié)果。沒(méi)有人想到，這只是一個(gè)開(kāi)端。

回到日本后，若山照彥和他的妻子若山清香決定探索克隆動(dòng)物的極限。自 2005 年開(kāi)始，他們不斷重復(fù)著這樣的工作：克隆一只小鼠，等它長(zhǎng)大，再拿它的細(xì)胞去克隆新一代的小鼠。起初幾代，小鼠的克隆成功率只有 4%-8%，難言順利。但后來(lái)，克隆的成功率節(jié)節(jié)攀升。到了第 25 代，成功率已經(jīng)接近 15%。

更重要的是，與第一代小鼠相比，第 25 代小鼠的基因測(cè)序結(jié)果幾乎如出一轍。這也讓他們樂(lè)觀地相信，無(wú)限克隆一只動(dòng)物，或許是可行的。2013 年，他們也將結(jié)果發(fā)表在了《細(xì)胞》子刊上。

然而正當(dāng)一切順風(fēng)順?biāo)畷r(shí)，令人意想不到的事情發(fā)生了。盡管若山團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格控制著克隆方法的一致性，但從第 27 代起，小鼠克隆的成功率一路下降，最終又回到了 6%左右。之后的幾代，雖然克隆成功率有所反彈，但整體下降趨勢(shì)無(wú)可避免。到了第 57 代，成功率只有 0.6%。而之后的 58 代，已經(jīng)無(wú)法獲得能持續(xù)存活的個(gè)體。換句話說(shuō)，他們已經(jīng)無(wú)法再延續(xù)最初這只小鼠的克隆了。

不可避免的異常

為了理解小鼠克隆成功率銳減的原因，研究人員們做了一系列分析，從誘導(dǎo)細(xì)胞分化的化學(xué)物品是否還有效，到克隆胚胎的發(fā)育情況，再到表觀遺傳學(xué)的修飾，他們都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)足以解釋后期崩潰的額外表觀遺傳或發(fā)育異常累積。

圖庫(kù)版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛

隨即，他們將注意力集中在了細(xì)胞本身所積累的突變上，并用一個(gè)精妙的實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，他們分離出了小鼠的卵母細(xì)胞，并通過(guò)人工誘導(dǎo)的方式，讓它從單倍體變成二倍體。這樣做的好處，是如果基因存在任何致命的缺陷，都可以通過(guò)純合的方式，讓其顯現(xiàn)出來(lái)。

這聽(tīng)起來(lái)有些抽象，但理解起來(lái)并不難。在正常情況下，一個(gè)細(xì)胞具有來(lái)自父母雙方的基因。如果其中一條關(guān)鍵基因失去作用，至少還有另一條關(guān)鍵基因可以頂上。而研究人員所采用的方式，就是讓細(xì)胞里的兩套基因完全來(lái)自于一方，不給它們留“雙保險(xiǎn)”的機(jī)會(huì)。

果不其然，研究發(fā)現(xiàn)第 25 代克隆小鼠的卵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)處理后，發(fā)育成功率僅有 12.7%。到了第 53 代，這個(gè)數(shù)字更是可憐的 0%。相比之下，對(duì)照組小鼠的發(fā)育成功率高達(dá) 91.3%。這些結(jié)果清楚表明，連續(xù)克隆后，小鼠卵母細(xì)胞中的致死性突變數(shù)量會(huì)隨著世代增加而不斷累積。

觸目驚心的結(jié)果

為了更好地理解這些致死性突變，研究人員們又通過(guò)測(cè)序，重構(gòu)了這些小鼠的全基因組。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了他們的猜測(cè)。在長(zhǎng)達(dá)二十年的連續(xù)克隆中，和第一代相比，第 57 代的小鼠基因組內(nèi)出現(xiàn)了約 3700 個(gè)單核苷酸變異，即生命天書(shū)中出現(xiàn)了錯(cuò)別字。此外，第 57 代小鼠還出現(xiàn)了 80 個(gè)插入/缺失突變，就好像生命天書(shū)的排版出了問(wèn)題，有時(shí)多了一些段落，有時(shí)又缺少了一些信息。

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平均而言，每一代克隆小鼠，都會(huì)新增約 70 個(gè)“錯(cuò)別字”，也會(huì)發(fā)生 1.4 起排版錯(cuò)誤事件。

更夸張的是，第 57 代小鼠出現(xiàn)了 80 多個(gè)基因組的結(jié)構(gòu)變異，包括染色體的缺失和易位等。這就相當(dāng)于直接從生命天書(shū)中撕去了幾頁(yè)，克隆出的小鼠不出問(wèn)題才奇怪呢。

《自然》雜志針對(duì)這項(xiàng)研究的新聞評(píng)論指出，總體來(lái)看，這些克隆小鼠的突變率大約是正常小鼠的三倍。尤其是在后期世代中，大規(guī)模的 DNA 變化開(kāi)始不斷累積，甚至包括染色體片段的刪除、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)移、乃至丟失。最終，這種基因?qū)用娴幕靵y，使研究團(tuán)隊(duì)無(wú)法克隆出新的個(gè)體。

總結(jié)

經(jīng)過(guò) 20 年的嘗試、58 代繁衍以及超過(guò) 3 萬(wàn)次克隆實(shí)驗(yàn)，若山團(tuán)隊(duì)終于觸及了單只小鼠連續(xù)克隆次數(shù)的極限：在克隆幾十代后，細(xì)胞核里積累的基因突變就會(huì)積重難返，讓生命無(wú)以為繼。

作者在論文中指出，自多莉羊誕生以來(lái)，克隆技術(shù)曾被寄予厚望，應(yīng)用前景涵蓋農(nóng)業(yè)改良、再生醫(yī)學(xué)以及地球珍稀遺傳資源的保護(hù)。然而，這些研究結(jié)果表明，要實(shí)現(xiàn)哺乳動(dòng)物克隆的實(shí)際應(yīng)用，需要更深入地理解這些生物學(xué)限制，并開(kāi)展進(jìn)一步研究。

同時(shí)，本研究也再次印證了一個(gè)進(jìn)化上的必然性：有性生殖對(duì)于哺乳動(dòng)物的長(zhǎng)期生存是不可或缺的。

參考文獻(xiàn)

[1]Can a mouse be cloned indefinitely? Decades-long experiment has answers，https://www.nature.com/articles/d41586-026-00945-7

[2]Limitations of serial cloning in mammals，https://www.nature.com/articles/s41467-026-69765-7

[3]Development of normal mice from oocytes injected with freeze-dried spermatozoa，https://www.nature.com/articles/nbt0798-639

策劃制作

作者丨葉拾 科普創(chuàng)作者

審核丨李旭 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授 中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)會(huì)會(huì)員