首个牛胚胎干细胞诞生

家畜饲养者现在可以利用胚胎干细胞来改善畜群的遗传特征。来源:合照/阿拉米股票照片

经过几十年的努力，科学家终于成功地从牛身上获得胚胎干细胞，并将其保存在培养皿中。获得这些多功能细胞可以变成从皮肤到肌肉和骨骼的各种组织，这将使调整和保存肉牛和奶牛品种的遗传特征变得更加容易。这反过来导致动物产出更多的牛奶或嫩牛肉，分娩时面临更少的并发症，并具有更强的抗病能力。这一发现也可能为研究牛的基本发育和成为人类疾病的模型开辟道路。

"我以为我这辈子再也不会看到这种事发生了。"密歇根州立大学的发育生物学家Jose Cibelli说。他是20世纪90年代后期试图获得牛胚胎干细胞的团队成员之一。在此后的许多努力中，当牛胚胎干细胞在实验室中生长时，它们将发育成其他类型的细胞。这意味着他们很快就失去了他们的多功能性。

1981年，科学家成功分离出小鼠胚胎干细胞，使它们能够研究早期胚胎发育并测试遗传缺陷的影响。此后不久，研究人员将注意力转向了牛。然而，直到1998年，研究人员才找到一种合适的营养培养基来培养人类胚胎干细胞。

作为目前分离牛胚胎干细胞的团队成员之一，吴俊在职业生涯中很少关注牛。德克萨斯西南医学中心的干细胞生物学家一直对从小鼠和人类身上获取新的干细胞类型更感兴趣。他还对开发混合两个物种细胞的嵌合体体感系统感兴趣，比如有人类细胞的猪，有一天可能长出器官进行移植。2015年，他和他的合作者报告说，他们已经找到了培养新的人类多能干细胞的正确条件，这种干细胞可以在实验室和老鼠体内轻松生长。

然而，该项目的一名合作者正在关注另一项研究。加州大学戴维斯分校的生殖生物学家巴勃罗·胡安·罗斯(Pablo Juan Ross)曾在奇贝利实验室工作，他希望这些相同的培养条件最终能维持家畜胚胎干细胞的生长。这将使改善动物遗传特征变得更加容易。为此，包括圣地亚哥索尔克研究所的发育生物学家胡安·卡洛斯·伊皮苏·贝尔蒙特和他的团队在内的研究小组将从牛胚胎中分离的干细胞暴露于新的培养基中。这种混合物有两个关键成分:一种促进细胞生长和增殖的蛋白质，另一种抑制细胞分化为更成熟细胞类型的分子。

"他们同时使用了油门和刹车垫。"科罗拉多州立大学的牧场主和生殖生理学家乔治·塞德尔说。结果是，在实验室中生长了一年多之后，细胞仍然保持其多能状态。"多年来，我的许多同事和学生一直在尝试这样做。"塞德尔说。当注射到免疫系统薄弱的小鼠体内时，这些细胞会生长成由多种细胞组成的畸胎瘤——这是真正的多能干细胞的关键特征。研究人员在最近出版的《国家科学院杂志》上报道了这一结果。

然而，塞德尔说，随着克隆技术的发展，对牛胚胎干细胞的兴趣已经消退。使用与生产多利羊相同的技术，即将成年细胞的脱氧核糖核酸植入去除脱氧核糖核酸的蛋中，家畜饲养者可以复制所需的动物遗传特征，如快速生长或大量产奶。具有这些特征的公牛给饲养者带来了丰厚的利润，因为它们可以把精子卖给牛肉和牛奶生产商，这些生产商用精子给奶牛人工授精，并给下一代带来更好的特征。

然而，奇贝利说，通常用来产生这些克隆的细胞——称为成纤维细胞的结缔组织细胞——寿命很短，只能分裂20或30次。然而，由于胚胎干细胞可以存活很长时间，育种者可以更容易地掌握优势细胞系，并通过CRISPR等技术对牛基因组进行多轮编辑。

胚胎干细胞让饲养者更容易选择更好的动物，即使没有基因改造，消费者可能不想看到这项技术被用于牛排和奶昔。他们可以测试来自不同胚胎的胚胎干细胞，以发现遗传优势，例如与更多产奶量相关的基因。奇贝利说，一旦确定了想要的一系列特征，研究人员就可以利用这些细胞来创造无限的克隆体。

对罗斯来说，最令人兴奋的应用取决于他的团队目前的工作——解释如何将这些胚胎干细胞培养成牛精子和卵细胞。如果他们成功了，家畜基因公司可以将这些精子和卵子结合起来，创造出具有新基因组合的胚胎，然后从最好的胚胎中分离出更多的干细胞。他们可以利用这个循环——干细胞、精子和卵细胞、胚胎和干细胞——在没有任何动物出生的情况下加速改善后代的性状。这意味着奶牛怀孕的等待时间更短，浪费的动物更少。"它可以将基因进步加快几个数量级."罗斯说。(宗华编译)