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撰文丨甲遇庚

編輯丨王多魚(yú)

排版丨水成文

近年來(lái)，隨著生物醫(yī)藥研發(fā)的快速發(fā)展，全球?qū)ι镞z傳資源的需求越來(lái)越高。與此同時(shí)，許多國(guó)家已經(jīng)在開(kāi)展對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物物種遺傳資源的保護(hù)工作，以便在未知傳染病或環(huán)境變化（如全球變暖）發(fā)生時(shí)維系生命、拯救瀕危物種，以維持地球生物多樣性。因此，采集、保藏和研究動(dòng)物遺傳資源是一項(xiàng)必要的任務(wù)，對(duì)于生命科學(xué)基礎(chǔ)研究和臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用開(kāi)發(fā)具有重要的科學(xué)意義。

目前的生物樣本儲(chǔ)存方法依賴(lài)于超低溫存儲(chǔ)，例如將哺乳動(dòng)物的精子或胚胎冷凍保存在液氮（LN2）中。然而，液氮的維護(hù)成本高昂，而且容易受到斷電故障等突發(fā)事件的影響。

近期，一些研究人員嘗試?yán)鋬龈稍铮‵D）精子，以提高遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性和存儲(chǔ)安全性，但該方法受制于獲取健康精子的能力。過(guò)去的研究提出了從體細(xì)胞產(chǎn)生克隆后代的可能性，因此，這些細(xì)胞或許可以用作保存遺傳物質(zhì)。

2022年7月5日，日本山梨大學(xué)的若山照彥博士等人在 Nature 子刊 Nature Communications 上發(fā)表了題為：Healthy cloned offspring derived from freeze-dried somatic cells 的研究論文。

該團(tuán)隊(duì)首次使用冷凍干燥的體細(xì)胞克隆出具有正常繁殖能力的小鼠，并成功培育出它們健康后代。該研究為保存物種遺傳資源的生物樣本庫(kù)開(kāi)辟了一條廉價(jià)且安全可行的方案。

早在1998年，若山照彥等人就在 Nature Biotechnology 期刊首次報(bào)道冷凍干燥保存三個(gè)月之久的小鼠精子的細(xì)胞核仍可以支持正常的胚胎發(fā)育，在注入具有較強(qiáng) DNA 修復(fù)能力的卵母細(xì)胞后能夠發(fā)育為正常小鼠，并成功產(chǎn)生后代；但冷凍干燥技術(shù)還未應(yīng)用于精子以外的細(xì)胞。

其實(shí)，從第一只克隆青蛙到第一個(gè)哺乳動(dòng)物被克隆成功后，科學(xué)家們就已經(jīng)開(kāi)始利用體細(xì)胞產(chǎn)生克隆后代。這意味著，體細(xì)胞也可以作為一種遺傳資源使用。

在這項(xiàng)新研究中，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種冷凍干燥體細(xì)胞的方法，通過(guò)核移植從冷凍干燥體細(xì)胞核克隆整只小鼠。核移植是將供體細(xì)胞核移入去核的卵母細(xì)胞中，使后者不經(jīng)過(guò)精卵結(jié)合的有性過(guò)程即可被激活、分裂并發(fā)育，從而讓核供體的基因得到完全復(fù)制，在培養(yǎng)一段時(shí)間后，再把發(fā)育中的卵母細(xì)胞移植到動(dòng)物體內(nèi)，讓其發(fā)育并最終生產(chǎn)。

冷凍干燥體細(xì)胞克隆小鼠的制備過(guò)程示意圖

首先，研究團(tuán)隊(duì)將體細(xì)胞冷凍干燥在 -30°C 下存儲(chǔ) 9 個(gè)月。他們發(fā)現(xiàn)許多體細(xì)胞的克隆胚胎在單細(xì)胞期表現(xiàn)出 DNA 損傷，或在二細(xì)胞期表現(xiàn)出染色體異常。相比之下，在冷凍干燥處理前加入對(duì)精子和體細(xì)胞具有抗氧化作用的表沒(méi)食子兒茶素，可以提高核重塑率和囊胚發(fā)育率。通常，在核移植方法中，注入的細(xì)胞核在 2 小時(shí)內(nèi)形成染色體早熟凝集（PCC）的情況被稱(chēng)為核重塑。

來(lái)自新鮮、凍融（FT）和冷凍干燥（FD）體細(xì)胞核的克隆胚胎的異常染色體分離

雖然所有精子在冷凍干燥過(guò)程中死亡，且 DNA 出現(xiàn)了損傷，但在注入卵母細(xì)胞后，研究人員成功進(jìn)行了體細(xì)胞核移植并產(chǎn)生了囊胚（早期胚胎），建立了穩(wěn)定的小鼠核移植胚胎干細(xì)胞系（ntES）。然后，他們利用 ntES 細(xì)胞作為核共體進(jìn)行再克隆獲得了健康的雌性和雄性后代，成功率為 0.2-5.4% 。

ntES細(xì)胞系的建立及冷凍干燥體細(xì)胞克隆小鼠的制備

研究人員表示，雖然目前從冷凍干燥體細(xì)胞克隆小鼠的出生率仍然很低，且細(xì)胞必須保存在 -30°C ，但體細(xì)胞可以在冷凍干燥狀態(tài)下長(zhǎng)期儲(chǔ)存，并用作產(chǎn)生后代的供體。更重要的是，體細(xì)胞可以很容易地從任何動(dòng)物身上采集，包括不育或未成熟/年老的動(dòng)物。因此，體細(xì)胞一旦在環(huán)境溫度下儲(chǔ)存，就可以成為保存遺傳資源的一種有價(jià)值的方法。

隨后，研究人員選擇了9只雌性小鼠和3只雄性克隆小鼠，分別與雄性和雌性小鼠交配。最終，所有雌性小鼠都產(chǎn)下了一只小鼠幼崽。這表明，這些克隆動(dòng)物具有正常的繁殖能力。

研究人員指出，冷凍干燥比現(xiàn)有存儲(chǔ)細(xì)胞的方法造成更多的 DNA 損傷，但克隆的成功率表明這是一種可行的替代選擇。因此，冷凍干燥體細(xì)胞可以以安全和低成本的方式存儲(chǔ)任何動(dòng)物的遺傳物質(zhì)，為更廉價(jià)、更安全的無(wú)液氮生物樣本庫(kù)提供了解決方案。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31216-4

https://www.nature.com/articles/nbt0798-639

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網(wǎng)址: Nature子刊：凍干保存的體細(xì)胞可用于克隆，且產(chǎn)生健康后代 http://www.u1s5d6.cn/newsview540321.html