克隆技术资料 用克隆技术造福人类——魏红江教授的故事 和梦想

2019-08-28

魏红江出生在云南省大理州洱源县邓川农村,邓川是大理州乃至云南省最重要的畜牧业养殖基地和奶制品生产基地。像这里的大多数家庭一样,魏红江家也养着牛,生活在这样的环境中,魏红江对牛、猪等动物非常喜欢,从小就有浓厚的兴趣,高考报考了云南农业大学畜牧专业,带着兴趣和感情学习。

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大学期间的魏红江品学兼优,不仅被评为云南省十大杰出大学生,而且在大四时就被学校选派到日本鹿儿岛大学农学部进行短期留学1年。1996年,魏红江大学毕业留校工作。1998年4月-2004年3月在日本鹿儿岛大学攻读硕士和博士学位,获农学博士学位。2004年,魏红江回母校云南农业大学工作,用学校给的13万元钱作为启动资金,开始组建实验室。

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这之后是一段充满困难和艰辛的历程,起步阶段的实验室缺少资金、没有设备、没有团队、也没有项目。在这样的情况下,魏红江靠着满腔的热情和不懈的努力,借钱、借设备、找项目,慢慢开始并维持了实验室的运转,在此基础上,开展了科研工作。

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2008年,实验室已经初步建立了猪的体细胞克隆技术体系,当需要代孕母猪生产克隆猪的时候,遇到国内猪价上涨,连几头代孕母猪也买不起,对继续做下去几乎失去了信心。正是这个时候,外交部在全国选派人员到日本工作,魏红江经学校推荐并经过日本驻华大使馆面试,正式赴日本工作。

但是,到了日本,虽然暂时不让自己为科研经费而烦恼,但是随着在日本工作的时间一天一天的过去,魏红江反而又担心起国内的研究,担心再留在日本工作就意味着自己辛辛苦苦刚刚拉起的小科研团队和搭建好的初具雏形猪体细胞克隆平台又付之东流,工作一年后,魏红江决定回国继续开展自己的科研工作。

2009年,同样是艰难的一年,经费跟不上,科研条件很简陋,只有1台显微操作系统,为了每天多做一些克隆胚胎,学生们几乎都是轮流使用显微操作系统,连夜干活,希望在云南尽快出生第一头克隆猪,这一年,魏红江的压力已达极限,经常整夜失眠,头顶上多处掉光头发,他真不知道什么时候会是一个尽头。

2010年,魏红江及其团队获得世界第一头版纳微型猪近交系体细胞克隆猪。取得了此项成果后,新华社等媒体开始关注,实验室有了知名度,一些企业和单位前来合作,科研条件有了一些改善。

版纳微型猪近交系的培育,经38年连续高度近交形成。从1980年2月选组基础群零世代,2003年已进入20世代,2005年11月通过成果鉴定,专家委员会确认这是世界上第一个培育成功的大型哺乳动物近交系,将为生物医学研究、异种器官移植、基因编辑动物研究提供基因高度纯合、遗传背景清楚的大型哺乳动物近交系。魏红江及其团队的这项成果把云南的克隆技术水平提升到了一个高度。

2013年,研究团队获得世界上第一头孤雌生殖克隆猪。这一成果突破哺乳动物孤雌生殖的理论极限,颠覆哺乳动物有性生殖的惯性常识,成功获得世界首例成活的孤雌生殖克隆猪。世界上第一头成活的孤雌生殖克隆猪在云南诞生,是生命的奇迹,既显示了魏红江实验室的实力,也昭示着云南在这一领域跻身于世界的前沿。

2014年,研究团队进行了一系列的尝试和实验,在昆明开展了从猪到灵长类的心脏、肾脏异种移植,移植后的心脏和肾脏未发生免疫排斥反应,且心脏和肾脏都可以恢复功能:心脏恢复跳动,肾脏可使食蟹猴排尿。实验的成功为下一步从猪到人的异种器官移植奠定了基础。

之后,与全球首家利用猪胰岛细胞治疗糖尿病的上市公司-湖南赛诺生物科技有限责任公司合作,构建胰岛细胞异种移植供体猪,将“五星级猪”的胰岛成功地移植到10位Ⅰ型糖尿病患者身上,基本重建了患者已丧失的胰岛功能。

该成果获得2015年湖南省技术发明一等奖。评审委员会认为该成果达到国际领先水平,可以将合并有胰岛功能衰竭的Ⅱ型糖尿病纳入异种新生猪胰岛移植临床研究范围。

魏红江教授说:我的梦想就是,在云南,把猪的器官移植到人身上。异种器官移植临床化,一直是魏红江梦寐以求的目标。

据不完全统计,全世界每年有几百万人需器官移植,但器官捐献数远低需求数。移植器官供体不足随着老龄化和慢性疾病的多发愈加严重,供需矛盾突出。而猪的器官因为大小和功能与人类器官相似,被认为是最有可能成为移植给人的最佳的异种器官。

但猪器官移植到人体上面临两大难题:猪的器官在人体内不仅存在免疫排斥问题,还可能存在“毒”性,这种毒就是猪内源性逆转录病毒(PERVs)。内源性逆转录病毒失活克隆猪,是世界首批PERVs全部失活的克隆猪,该批猪在各个发育阶段均未发现PERVs的重新感染,也未发现从猪细胞到人细胞的PERVs转染。

是世界上首次报道的可用于异种器官移植的安全供体猪。该成果消除了病毒跨种感染的风险,为开展安全而有效的异种器官移植提供了新希望。下一步,科研组将在这批猪种的基础上继续改造基因组以解决免疫排斥问题,从而增加器官的兼容性和功能性错位,以便早日实现异种器官移植临床化。

魏红江教授关注的另一个问题是利用克隆猪为实验室建造疾病模型。他们采用TALENs和CRISPR/Cas9基因打靶技术对猪进行基因修饰,成功获得系统性红斑狼疮模型、小型猪亨廷顿舞蹈症模型、小型猪杜氏肌营养不良症模型、小型猪肿瘤模型及小型猪侏儒综合症模型等。这些模型可为研究人类疾病的发生机理、发展进程及治疗提供资料,由此完成了人类疾病动物模型的构建。

此外还有基因修饰异种器官移植供体猪临床前应用。为了避免猪-非人灵长类异种器官移植过程中的超急性免疫排斥反应,降低生物不相容效应,通过TALENs和CRISPR/Cas9基因编辑技术,构建抗超急性免疫排斥反应单基因(GTKO)修饰克隆猪,并在猪血管内皮细胞过度表达人源化分子来控制生物不相容效应,成功获得GTKO/B2MKO/CIITAKO及GTKO/hCD55/hCD59三基因修饰克隆猪。

到2016年之前的十年之中,实验室一直负债维持,正是因面临经费和重大科研成果产出上的巨大压力,实验室从2009年至今,365天从未关过门,魏红江教授经常对学生说:看准了就要坚持下去,只有比别人更刻苦,最终才会有收获。

凭着这种顽强的精神,终于打造了一支国内外有影响力的以猪为主的动物基因编辑和体细胞克隆技术团队,并构建了强大的技术平台。在动物基因编辑与体细胞克隆技术领域刻苦攻关、取得了一系列科研成果和突出成就。

除了将克隆技术用于生物医学领域外,魏红江教授还在畜牧业方面使用这项技术。这突出地表现在梦想猪工厂和克隆工厂生产羊构想和实践上。

梦想猪工厂的发展思路是:一头猪两个技术三个研究方向三个技术平台。具体说就是对一头猪进行基因编辑和体细胞核移植,从动物基因编辑与体细胞核移植技术创新与利用、异种器官移植和动物疾病模型构建与利用三个方向进行研究,最后形成动物基因编辑与体细胞核移植技术平台、异种器官移植技术平台和动物疾病模型构建技术平台。

通过克隆工厂实现优秀山羊、绵羊快速扩繁,首先是培育优质山羊、绵羊新品系,选择优秀的山羊、绵羊品种进行克隆,然后育种,进行胚胎移植,从而实现快速扩繁。2017年3月21日云南农业大学与内蒙古巴彦淖尔市临河区政府、内蒙古河套农牧业研究院签订了《优秀山羊、绵羊快速扩繁关键技术集成与示范》项目,用于优秀山羊和绵羊的克隆、超数排卵技术研发、利用基因编辑和体细胞克隆技术构建山羊和肉羊新品种及奶山羊生物反应器。

在云南省科学技术厅的大力支持下,云南农业大学动物医学院魏红江教授团队在巴基斯坦开展“巴基斯坦肉羊快速扩繁技术集成应用与推广”项目,以科技辐射“一带一路”周边国家。

魏红江教授和他的团队还在云南贫困地区推广示范山羊适度规模养殖精准脱贫模式,帮助企业设计规模化、标准化羊场,提供优良地方山羊品种提纯和快速扩繁技术。利用胚胎移植技术,帮助企业开展山羊优良个体的快速扩繁,以公司 农户模式,解决农户山羊优良个体来源和优质产品销售的困难。

根据该羊舍饲养规模,当地饲养条件以及农副产品资源,制定相应的饲养规程。指导农户实现山羊产业的良种化、适度规模化、标准化的发展,同时开发了一种装配式可移动标准化饲养羊舍。实现适度规模饲养和选址不受任何地形结构、地貌特征等自然条件的限制,特别适合在云南山区、半山区贫困地区推广建设。探索出一条符合云南贫困地区精准脱贫的山羊养殖模式。

多年来,魏红江教授及其团队还应用基因编辑与体细胞克隆技术进行动物物种的保护以及选育扩繁优秀的地方品种。建立地方畜禽品种基因库,复活、扩大濒危物种群体。已实现猪、牛、羊等多种地方畜禽品种保存,其中有滇南小耳猪、大河乌猪、乌金猪黄毛系、巴马香猪;云岭黑山羊、乌骨羊、超细绒山羊、小尾寒羊;昭通小黄牛;昆明犬等。

近几年,魏红江教授先后主持国家自然科学基金项目、云南省重大科技专项(生物医药)、云南省应用基础研究计划重大项目、云南省基础研究计划重点项目、云南省教育厅重大专项等各类科研项目24项,主持与地方人民政府、高校、企业等合作的各类横向合作项目14项,参加“973计划”、国家转基因重大专项各1项。

在《Science》、《Cell》等国际知名学术刊物发表论文55篇,其中,以第一作者或通讯作者在《Science》、《Plos Biology》、《GigaScience》、《Scientific reports》、《Journal ofTranslational Medicine》、《Frontiers inPharmacology》、《International journal of molecular sciences》、《Plos one》、《Reproductivebiology andEndocrinology》等杂志发表SCI论文15篇,获得授权发明专利4项、实用新型专利2项,获批云南省地方标准1项。

强大的技术优势使得国内外最有影响力的几个异种移植团队及公司纷纷到云南与其合作。美国哈佛大学乔治·丘奇教授,eGenesis公司创始人杨璐菡博士,现任国际异种器官移植协会主席、澳大利亚墨尔本大学PeterCowan教授,中南大学王维教授等都利用该团队技术开发异种移植供体猪。从2017年至今,魏红江教授及其团队已成功克隆供体猪近300头。

魏红江说:多莉羊诞生到今天,在克隆技术方面,中国的科学家可以说是跟国际水平并跑的,而云南也是走在前面的。云南的灵长类资源丰富、规模大,又有强大的研究平台和能力,因此有很多的成果。但是,尽管如此,云南在这方面的黄金期也就两三年。

2017年,我们的成果和文章出来后,异种器官移植研究又有了新的高潮,国内外很多科研机构都在搞,科研投入超乎想象,在这种情况下,我们如何保持优势、防止人才流失,这是面临的最大问题。为此,我们必须加倍努力,多出成果。

用克隆技术为人类提供越来越多的服务,魏红江教授为了这个梦想,一直在坚持和努力;也为了这个梦想,编织着精彩而感人的人生故事----

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