經(jīng)過幾十年的努力，科學(xué)家最終成功地從牛身上獲得胚胎干（ES）細(xì)胞，并在培養(yǎng)皿中使其保持原始狀態(tài)。獲得這些可變成從皮膚到肌肉、骨頭等各種組織的多功能細(xì)胞，將使調(diào)整和保存肉牛以及乳牛品種的遺傳性狀變得更加容易。這反過來又促成了產(chǎn)生更多牛奶或者更嫩牛肉、產(chǎn)仔時面臨更少并發(fā)癥以及擁有更強的疾病抵抗力的動物。此項發(fā)現(xiàn)或許還為研究牛的基本發(fā)育和成為人類疾病模型開辟了道路。
“我原以為這輩子都不會看到此事發(fā)生。”美國密歇根州立大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Jose Cibelli表示。他是上世紀(jì)90年代末試圖獲得牛ES細(xì)胞的團隊成員之一。自從以后的諸多努力中，當(dāng)來自牛胚胎的干細(xì)胞在實驗室中被生長出來時，它們會發(fā)育成其他細(xì)胞類型。這意味著它們很快喪失了多能性。
1981年，科學(xué)家成功分離出小鼠ES細(xì)胞，從而使他們得以研究早期胚胎發(fā)育并且測試遺傳缺陷的影響。此后不久，研究人員將目光轉(zhuǎn)向了牛。不過，直到1998年，研究人員才找到合適的營養(yǎng)基培養(yǎng)人類ES細(xì)胞。
作為目前正在分離牛ES細(xì)胞的團隊成員之一，Jun Wu在其職業(yè)生涯中極少關(guān)注牛。這位來自得克薩斯州西南醫(yī)學(xué)中心的干細(xì)胞生物學(xué)家一直對從小鼠和人類身上獲得新的干細(xì)胞種類更感興趣。他還對開發(fā)將來自兩個物種的細(xì)胞混合的嵌合體感興趣，比如擁有人類細(xì)胞并且可能有一天生長出移植用器官的豬。2015年，他同合作者報告稱，發(fā)現(xiàn)了很容易在實驗室和小鼠體內(nèi)生長出來的新型人類多能干細(xì)胞的正確培養(yǎng)條件。
不過，該項目的一位合作者盯上了另一項研究。此前曾在Cibelli實驗室工作的加州大學(xué)戴維斯分校生殖生物學(xué)家Pablo Juan Ross希望，這些相同的培養(yǎng)條件可能最終維持來自家畜的ES細(xì)胞的生長。這會使改善動物遺傳性狀變得更加容易。為此，這個還將發(fā)育生物學(xué)家Juan Carlos Izpisúa Belmonte及其在圣地亞哥索爾克研究所的團隊包括在內(nèi)的研究小組，將從牛胚胎中分離出來的干細(xì)胞暴露在新的培養(yǎng)基中。這種混合物擁有兩個關(guān)鍵組分：促使細(xì)胞生長和增殖的蛋白以及另一種抑制它們分化成更多成熟細(xì)胞類型的分子。
“他們同時利用了‘加速器’和‘剎車片’。”牧場主、科羅拉多州立大學(xué)生殖生理學(xué)家George Seidel表示。結(jié)果是：在實驗室中生長了一年多以后，細(xì)胞仍保留了多能狀態(tài)。“多年來，我的很多同事和學(xué)生一直試圖做到這一點。”Seidel說。當(dāng)被注射進擁有較弱免疫系統(tǒng)的小鼠體內(nèi)時，這些細(xì)胞生長成由多種細(xì)胞構(gòu)成的畸胎瘤——真正的多能干細(xì)胞的關(guān)鍵特征。研究人員在日前出版的美國《國家科學(xué)院院刊》上報告了這一成果。
不過，Seidel表示，對牛ES細(xì)胞的興趣隨著克隆技術(shù)的發(fā)展而有所消退。利用產(chǎn)生多利羊的相同技術(shù)，即來自成年細(xì)胞的DNA被植入去掉了DNA的卵子中，家畜育種者能復(fù)制出想要的動物遺傳性狀，比如快速生長或者豐富的牛奶產(chǎn)量。擁有這些性狀的公牛為育種者帶來了豐厚的利潤，因為他們可以把精子出售給牛肉和牛奶生產(chǎn)商，而后者利用其為母牛實施人工授精并將更好的性狀帶給下一代。
不過，Cibelli介紹說，通常被用于產(chǎn)生這些克隆品的細(xì)胞——被稱為纖維母細(xì)胞的結(jié)締組織細(xì)胞很短命，并且僅能分裂20或者30次。而有了能生存很長時間的ES細(xì)胞，育種者可以更加輕松地抓住優(yōu)勢細(xì)胞系，并且通過諸如CRISPR等技術(shù)對�；蚪M進行多輪編輯。
即便未經(jīng)過基因改造——一種消費者可能不愿看到被用于牛排和奶昔的技術(shù)，ES細(xì)胞也能讓育種者更加輕松地選擇優(yōu)勢動物。他們可以測試來自不同胚胎的ES細(xì)胞，以尋找諸如同更多牛奶產(chǎn)量相關(guān)的基因等遺傳優(yōu)勢。Cibelli表示，一旦辨別出想要的一系列性狀，研究人員便能利用這些細(xì)胞創(chuàng)造出無限的克隆品。
對于Ross來說，最令人激動的應(yīng)用依賴于其團隊目前的工作——闡明如何將這些ES細(xì)胞發(fā)展成牛的精子和卵細(xì)胞。如果他們成功了，家畜基因公司便可以將這些精子和卵子結(jié)合起來，以創(chuàng)建擁有新的遺傳組合的胚胎然后從最好的胚胎中分離出更多的干細(xì)胞。他們可以利用這種循環(huán)——干細(xì)胞、精子和卵細(xì)胞、胚胎、干細(xì)胞——在無須任何動物出生的情況下加速改善后代的性狀。這意味著等待牛妊娠的時間變短，同時被浪費的動物變少。“它能使遺傳進度加速幾個數(shù)量級。”Ross表示。（宗華編譯） |
