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试管幼兽挽救大型猫科濒临绝种



 作者: Dr Gio Braidotti 博士

试管幼兽的成功培育为雪豹、孟加拉虎等大型濒危猫科动物脱离生境后的保护问题带来了一线曙光。

通过将成体动物的细胞转化为特化前的胚细胞再予以冷冻,科学家大大增加了野外濒危动物的保护成功率。

近几十年来,由于丧失生境、猎物减少和盗猎等原因,全球的虎、豹等大型猫科动物的数量下降严重。猫科动物独来独往的习性给保护工作增加了难度,但澳大利亚两所高等机构——蒙纳士大学医学研究所(Monash Institute of Medical Research)和昆士兰大学(University of Queensland)的科学家已经制订出了一套简单易行的无痛办法来培育“试管幼兽”,使得保护工作可以在不打乱野生猫科动物自然习性的情况下进行。

根据《濒危物种红皮书》的记录,全球仅存 3,500 到 7,000 只雪豹。生活在中亚高山区域的雪豹正因近亲交配、地理隔绝和种群减少而面临不育和遗传多样性降低的问题。

尽管生殖克隆和试管受精一直以来都被视作拯救雪豹的可行途径,操作上却有人才缺乏和成功率低的困境。最大的障碍还在于,胚胎必须从野生雪豹身上获取,其过程既艰难又危险。

“多数濒危猫科动物都难以接近,它们生性敏感,不论在圈养还是自然条件下都很难繁殖。”蒙纳士大学博士研究员 Rajneesh Verma 解释道。“小鼠实验证明,多潜能干细胞可以分化为普通精子和卵子,这就为稀有濒危动物的未来保护开辟了广阔前景。”

但 Verma 先生表示,此类细胞仍然来自胚细胞,这样又回到了最初的问题:怎么获取大型猫科动物的卵子。

所以,科学家另辟蹊径,不再从活体动物的胚细胞中获取多潜能干细胞,而是采用了一项可以让成体细胞产生干细胞功能的技术,创造出了所谓的“诱导多潜能干细胞”(iPS)。

使用澳大利亚新南威尔士州摩哥动物园(Mogo Zoo)雪豹耳朵上采集的细胞,研究人员逆转了细胞的生物钟,将之转换到了“早期胚细胞阶段”。

为了让耳部细胞“忘记”自己已经成熟,科学家在一株病毒上嵌入了五段干细胞基因作为逆转信息载体。一旦雪豹的耳部细胞受到病毒感染,其中的干细胞基因就会转录进耳部细胞。

“嵌入的干细胞基因进入之后会迷惑耳部细胞,就像在对它说,‘你不是耳部细胞,而是干细胞,瞧瞧我们就知道了’。”Verma 先生解释道。

于是,雪豹的外皮细胞就作出回应,开始转变。接着就像胚胎干细胞一样启动了细胞分裂。

“由此获得的 iPS 细胞和从受精卵中取出的胚胎干细胞具有相同的特性,因此可以在实验条件下分化成各种细胞型,包括有性生殖细胞。”

相对于大型猫科动物的其它保护措施,比如生殖克隆或是人工繁殖,培育 iPS 细胞可以更有效地提高成活率,对此 Verma 的说法是: “在开发 iPS 细胞培育技术之前,我们只能从胚细胞中提取非诱导性多潜能干细胞,提取过程的破坏率很高。还因此引发了道德问题。”

新技术除了降低对卵子的依赖之外,由于其非侵入性的无痛特质,也能从根本上增加大型猫科动物的数量。

“我们不需要采取侵入性措施来收集精子和卵子,因为这种方法可能对动物的生殖器官和生殖周期造成永久性伤害。我们只需要通过针刺提取一些耳部细胞,采集一点耳朵组织就行了。”

借助这种办法,研究人员还收获了不少梦寐以求的生物信息来推进猫科动物保护工作的开展:“如果你知道群落里哪些雌性生育力强、哪些雄性捕食能力强,它们的后代自然也会遗传这些优秀特性。”

遗传物质还可以低温贮藏在基因库中,通过保存更丰富的遗传物质和更多样的基因种类来造福雪豹的繁衍。

Verma 先生相信,借助冷冻干细胞的方法可以让雪豹免于灭绝。

“即便我们没有一只雪豹存活于世,仍然能够从非濒危物种身上获取卵子,比如非洲狮,然后融合两个受精卵形成雌性四倍体,最终培育出四组染色体。这些四倍体细胞随后就会分化出脐带、胎盘之类的胚外组织。”

“也就是说,除非我们在空卵子中植入干细胞,融合的四倍体胚细胞就不会发育成胚胎。所以,只要在胚细胞中植入雪豹的 iPS 细胞或是胚胎干细胞,胚细胞就能发育成完全的纯种雪豹。”

Verma 特别提到,多功能干细胞还可用于多个医疗领域,包括再生医学、药物研发和辅助生殖技术等。

虽然从小鼠、猴、狗、绵羊、马、猪、牛等动物身上培育 iPS 细胞早有先例,但这还是科学家首次以猫科动物为样本成功开展实验。

在印度长大的 Verma 对老虎情有独钟,对这些猫科猛兽的热爱也是他孜孜不倦的动力。“2009 年我访问了印度的虎类保护区,情况不容乐观,数量下降得非常快。我受此激励,决心运用干细胞方面的知识来拯救濒危的老虎。”

在成功利用雪豹耳部细胞培育出 iPS 细胞后,蒙纳士大学和昆士兰大学的研究团队已开始着手培育其它猫科动物 iPS 细胞,比如孟加拉虎、美洲豹及多种中型的非洲猫科动物等。对于全球正在走向消亡的猫科猛兽,这无疑给它们的未来带来了一线曙光。

蒙纳士社交媒体

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