由陈系古教授领导的“人类转基因动物模型的制作”课题组历时5年,研制成功了四种转基因小鼠。其中,荧光鼠为胚胎干细胞、人类基因功能、人体组织工程和克隆器官等研究提供了基础;患白化病的小鼠转导了酪氨酸酶基因后长出了黑毛;四环素调控系统和丙肝核心抗原的转基因小鼠分别传到第四、第三代,为制备人类丙肝病毒感染的双基因动物模型提供了父代、母代。陈系古教授介绍说,科研人员取白色小鼠3.5天胎龄的囊胚,体外注射8-12个转染了绿色荧光蛋白基因的黑色小鼠胚胎干细胞,共获得363枚嵌合了黑、白两种小鼠细胞的胚胎,其中237枚分别移植到18只小鼠假母的子宫里,最后产下16只小鼠,其中四只经蓝光照射能发出绿色荧光,只有1只存活。在特制的显微镜下,能看到小鼠的皮肤、脑部、肺部发出绿色荧光。研制荧光鼠的意义在于摸清嵌合体的规律,为很多基础研究提供帮助。例如,将神经干细胞打入小鼠体内治疗帕金森,如果采用了荧光鼠来做实验,就可在特制的荧光体视显微镜下看到,小鼠的皮肤、脑部、肺部发出绿色荧光,由此可观察胚胎干细胞发育走向、绿色荧光蛋白基因的表达嵌合过程,并提供绿色荧光蛋白作为动物实验示踪剂的有效性、安全性的研究证据。建立酪氨酸酶基因小鼠模型为人类攻克白化病这种遗传病提供了基础。科研人员展示了一张混合了黑、白双色毛的小鼠照片,这是一只酪氨酸酶转基因鼠。小白鼠是基因突变、患了白化病的小鼠。在酪氨酸酶基因异常的小白鼠精卵里注射了正常的基因,将这个转基因受精卵和普通小鼠受精卵一起,再种植到假母的子宫里。三周后,假母生下6只小鼠,其中5个是普通小鼠,眼睛红色,1只为转基因小鼠,身上长出了黑、白色的杂毛,眼睛也变成黑色。杂毛鼠再和小白鼠交配,生下11只小鼠,其中6个也是黑白杂毛和黑眼睛,另外5个为普通小白鼠。实验证明,转基因成功,并可以遗传给下一代,转导的酪氨酸酶基因能导致黑色素生成。陈系古教授说,他们的近期目标是制造出人类丙肝病毒感染的双转基因小鼠,现在双转基因小鼠的父代、母代都制作成功了,它们是四环素调控系统和丙肝核心抗原转基因小鼠。
转基因动物研究进展
人类改造自然界的生物种群,开始于人工筛选育种,继而人工杂交、人工诱变。80年代,我国科学家朱作言国际上首先研制成功了转基因鱼。90年代,国内成功研制了转基因羊。 转基因禽类生物反应器,包括肝脏和输卵管表达系统。1993年Ruslin 研究所的Sang博士成功在禽蛋卵黄表达外源蛋白。1994-1995年我国曾邦哲提出系统(结构)遗传学(system genetics)方法和首创了输卵管生物反应器(oviduct bioreactor)的概念与术语、词汇等 – 转基因禽类金蛋计划(Goldegg Plan)。1996年在北京召开了第1届国际转基因动物学术研讨会(秘书长曾邦哲)并阐述(Zeng BJ)了输卵管生物反应器、生物系统论与遗传学、生物工程等,并得到了朱作言、旭日干、刘德培等我国著名科学家的参与和支持,哺乳动物乳腺生物反应器和禽类输卵管生物反应器成为转基因动物的重要方向。动物克隆 –无性生殖技术,开始于1938年德国科学家施佩曼的蝾螈受精卵结扎实验。1961年我国科学家朱洗采用人工刺激蟾蜍成熟卵,成功研究了两栖类人工单性生殖。1962年,英国科学家J. B. Gurdon,采用核移植法成功培育了非洲爪蟾成体。1980年,美国生物学家P. C. Hoppe和日内瓦超微型外科专家K. I. Illmense,用胚泡细胞核移植方法成功繁育了小鼠。 1997年英国I. Wilmut等,用绵羊乳腺细胞的细胞核移植到去细胞核的卵细胞中,成功得到了克隆羊“多莉”,克隆动物的主要目的是解决用作生物反应器的转基因动物品系的纯种繁殖问题。21世纪,基于系统生物学的基因工程 - 合成生物学,也就是系统生物工程技术的进展,转基因技术包括转基因动物的研究与开发,进入了人工设计、合成基因与基因调控链的转基因系统生物技术新的时期,改变了以往的单基因克隆、载体构建与基因转移方法,开启了全基因合成、基因调控网络设计乃至人工基因组转移的多基因转基因生物技术时代。
转基因动物(transgenicanimal)在目前生物及医学研究方面的应用极为广泛,转基因小鼠一直是研究外源基因构筑型态、染色体嵌插、转基因表现及调节的最佳模式,也是建立转基因技术最好的工具,尤其是在转基因家畜之前,先以小鼠进行预备试验是求事半功倍不可或缺的过程。
转基因动物应用的领域可以包括研究基因的活动对致癌病毒与癌细胞的生长的影响、基因的活动与免疫细胞间的交互作用与调控的机制、研究基因对于生长的调控机制,以及生物学与遗传学的机制,也被应用于以人类细胞作为组织及器官移植的发展方面,如基因参与体细胞、胚胎干细胞及存在各个组织的干细胞的体外诱导分化研究等等。转基因动物除用于一般基础研究外,对于制造具有治疗效果的蛋白质、器官移植、疫苗、毒理实验、动物品种改良及水产养殖等均有很大的贡献。虽然截至目前为止,转基因的研发已有若干良好的成果,但尚有若干问题待克服,所以转基因技术的应用与发展将是不可限量的。为了使科研人员能够顺利进行上述的实验并得到有意义的结果,这些实验中所使用的设备不仅应当有特殊的功能,还应当同时有很高的、过硬的质量,能够提供确保结果正确所需的可靠性、精确性以及可重复性。
美国哈佛仪器公司(HarvardApparatus)即生产并销售可用于成功完成微注射和/和微灌注所需的整套产品.如Harvard/医疗系统
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