基因編輯技術(shù)能復(fù)活猛犸象嗎

探戈

猛犸象曾經(jīng)是冰川時代的遠(yuǎn)古巨獸，但最后一批猛犸象不幸在4000年前滅絕了。猛犸象愛好者只能在博物館看到它們的標(biāo)本或模型。不過，2017年2月，一位來自美國哈佛大學(xué)的著名遺傳學(xué)教授喬治·丘奇博士，宣布將在兩年內(nèi)用基因編輯技術(shù)復(fù)活猛犸象，這令喜愛猛犸象的人們興奮不已。那么，丘奇教授準(zhǔn)備怎么做呢？

如何復(fù)活猛犸象

猛犸象曾是地球上分布非常廣泛的大型草食哺乳動物。一對彎曲的大門牙，渾身布滿濃密長毛，皮下脂肪非常厚，抗凍能力極強(qiáng)的血液，是長毛猛犸象區(qū)別于近親亞洲象的主要特征。猛犸象祖先起源于非洲，大約在距今500萬年前與亞洲象祖先分道揚(yáng)鑣，后來逐步向寒冷地帶遷徙。大約在40萬年前，演變成適應(yīng)極寒氣候的長毛猛犸象。由于氣候變暖、人類捕殺、近親繁殖等原因，猛犸象在1萬年前開始走向滅絕，目前發(fā)現(xiàn)的最后一批猛犸象殘骸距今也有約4000年的歷史。

猛犸象曾在維持北半球極寒地區(qū)的生態(tài)平衡方面發(fā)揮了重要作用，而且它們的身體內(nèi)可能蘊(yùn)藏著對人類健康有益的活性物質(zhì)。例如，猛犸象血紅蛋白可以揭示關(guān)于哺乳動物血液的信息，這些信息可用于治療人類疾病，并且可能為人類空間探索（適應(yīng)極寒環(huán)境）服務(wù)，因此很多科學(xué)家希望能復(fù)活猛犸象。但是，對于如何復(fù)活猛犸象，科學(xué)家們產(chǎn)生了分歧。

有一些科學(xué)家希望利用體細(xì)胞克隆技術(shù)來復(fù)活完整的猛犸象。他們的思路是先在西伯利亞凍土層中挖掘出來的猛犸象遺骸中找到活的體細(xì)胞，然后將這些猛犸象體細(xì)胞核移植到去核的亞洲象卵母細(xì)胞中，培育出克隆胚胎，再將克隆猛犸象胚胎移植到亞洲象子宮內(nèi)，最后獲得克隆猛犸象。韓國、日本和俄羅斯的科學(xué)家正在嘗試這一方法。不過這一思路幾乎很難實(shí)現(xiàn)。最近幾年，雖然科學(xué)家在西伯利亞出土了一些保存完好的猛犸象遺骸，包括一具4000年前的幼象遺骸，但是如果要克隆，需要從中提取保存完好且能復(fù)活的體細(xì)胞，而這是基本不可能的。猛犸象和亞洲象屬于不同物種，猛犸象的胚胎移植到亞洲象子宮內(nèi)，將面臨嚴(yán)重的排斥反應(yīng)，難以存活。另外，由于盜獵嚴(yán)重，亞洲象數(shù)量急劇下降，而且亞洲象的繁殖率非常低，比如懷孕期長達(dá)22個月，每隔5～6年才能生育幼象，這些因素也導(dǎo)致克隆猛犸象難上加難。

以喬治·丘奇教授為代表的另一些科學(xué)家則決定采用一種更靠譜的方法，但是他們的方法并不是要克隆完整的猛犸象，而是培育出擁有一些猛犸象主要特征的雜交象。由于亞洲象是猛犸象親緣關(guān)系最近的現(xiàn)存生物，科學(xué)家計劃通過基因編輯技術(shù)，對亞洲象細(xì)胞進(jìn)行改造，使其基因組攜帶一些決定猛犸象主要特征的猛犸象基因，再將改造好的亞洲象細(xì)胞進(jìn)行核移植，培育克隆胚胎。與其他科學(xué)家的想法不同的是，丘奇教授計劃研制一種人造子宮，將克隆胚胎放到人造子宮中孕育，以解決亞洲象繁殖率低等問題。

在遺骸中尋找特異基因

在俄羅斯西伯利亞和美國阿拉斯加的永久凍土層，猛犸象的遺骸曾經(jīng)隨處可見，當(dāng)?shù)鼐用裆踔劣妹歪锵蟮南笱阑蚬穷^裝飾房屋。在烏克蘭的一個距今1.5萬年的村莊遺址里有猛犸象的骨頭建造的4個房屋。

由于全球氣候變暖，北極圈的冰川開始融化，更多的猛犸象遺骸也陸續(xù)暴露出來。2012年，一個11歲的俄羅斯男孩無意中發(fā)現(xiàn)一具保存完好的猛犸象尸體，這頭猛犸象在15至16歲時死亡，距今大約3萬年。2014年，在莫斯科展出了一具保存完好的幼年雌性猛犸象遺骸，這具遺骸曾在西伯利亞永凍層被冰封了長達(dá)3.9萬年，四肢完整并帶有毛發(fā)，還保有完整的大腦組織，是全球第一頭完整出土的幼年雌象。這些保存完好的猛犸象遺骸為科學(xué)家研究猛犸象的特異基因提供了素材。

2008年，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員報道稱，他們首次測定了猛犸象的核基因組，用于測序的DNA樣本分別來自于幾年前被發(fā)現(xiàn)的、在西伯利亞永久凍土中埋藏2萬年以上和至少6萬年以上的兩頭猛犸象遺骸的毛發(fā)。這個龐大的猛犸象基因組可能超過40億個DNA堿基，這與現(xiàn)代非洲大象基因組的大小相當(dāng)。不過，經(jīng)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，約有33億個DNA堿基確定屬于猛犸象，但其他序列不能確定，也有可能是細(xì)菌、真菌等的DNA序列，它們可能早已與猛犸象組織樣本混在一起了。

在2015年的一項研究中，研究人員比較了來自3只亞洲象和2只猛犸象的高質(zhì)量基因組序列，發(fā)現(xiàn)猛犸象和亞洲象之間至少存在大約140萬個DNA核苷酸差異，這些差異影響至少1600多種蛋白質(zhì)的氨基酸序列，其中包括26個失去功能的蛋白質(zhì)。這些基因和蛋白質(zhì)差異與猛犸象在北極地區(qū)的生存有關(guān)，包括皮膚和毛發(fā)的發(fā)育，脂肪組織的儲存和代謝以及感知溫度。同時，研究人員還發(fā)現(xiàn)猛犸象的生物鐘基因也發(fā)生了改變，可能是為應(yīng)付日照長度的極端變化。

其他研究結(jié)果還表明，一些獨(dú)特的猛犸象基因幫助它們能在極寒地區(qū)生存下來，如長毛基因、控制小耳朵和短尾巴的基因，以及控制儲存脂肪和加工胰島素的基因等等，這些特異基因的發(fā)現(xiàn)都為基因編輯猛犸象奠定了基礎(chǔ)。

基因編輯制造“猛犸象”細(xì)胞

找到猛犸象特異基因之后，科學(xué)家將這些基因轉(zhuǎn)入其他生物體內(nèi)看看能產(chǎn)生怎樣的影響。比如猛犸象有一種特異的感熱基因，當(dāng)科學(xué)家將這個基因轉(zhuǎn)入人體細(xì)胞時，人體細(xì)胞變得對溫度不太敏感。這與之前感熱基因活性缺失的小鼠模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，這種基因突變小鼠能比野生小鼠在較冷環(huán)境里待更長的時間。這些前期研究也證明，通過將猛犸象特異基因轉(zhuǎn)入亞洲象的基因組，有望能重現(xiàn)猛犸象一些獨(dú)有的特征，這正是喬治·丘奇教授計劃下一步研究的課題。

2015年3月，丘奇教授團(tuán)隊對美國《大眾科學(xué)》雜志的記者坦言，他們正在開展猛犸象基因組重構(gòu)研究，計劃采用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，將編碼具有小耳朵、皮下脂肪厚、長毛、抗凍血液、大卷牙齒等性狀的猛犸象基因，轉(zhuǎn)入亞洲象的基因組中，構(gòu)成一個全新的亞洲象/猛犸象雜交細(xì)胞，然后再將這種雜交細(xì)胞的核移入亞洲象的卵母細(xì)胞中，融合成克隆胚胎，移植到人造子宮中孕育，最后獲得具有猛犸象顯著特征的克隆雜交象。

2017年2月17日，英國《電訊報》報道了丘奇教授團(tuán)隊最新研究進(jìn)展，該團(tuán)隊目前已經(jīng)獲得了亞洲象/猛犸象雜交細(xì)胞，經(jīng)編輯的基因位點(diǎn)從最初計劃的15個增加到了45個，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測，這些雜交細(xì)胞功能正常。該團(tuán)隊研究人員因此信心大增，下一步計劃制備克隆雜交胚胎。該報道的作者非常樂觀地預(yù)測，如果一切順利，這種克隆雜交象將在2年內(nèi)出生。

在喬治·丘奇教授的計劃中，人造子宮是一個重要環(huán)節(jié)。丘奇教授團(tuán)隊已構(gòu)建出一個可以孕育小鼠的人造子宮，取得的效果不錯，并計劃將它們擴(kuò)大，希望能借助它們孕育雜交猛犸象胎兒。不過，其他研究團(tuán)隊的研究或許可以加快這一進(jìn)程。2017年4月25日，美國費(fèi)城兒童醫(yī)院的阿南·弗雷克發(fā)表在《自然通訊》雜志上的論文稱，他們打造了一種新的人造子宮，能提供養(yǎng)分和氧氣，并排出廢物和二氧化碳。研究人員借助這種人造子宮已成功地將8只在105～120天時早產(chǎn)的羊羔孕育存活，其中一些羊羔順利從人造子宮里出生，各項生理指標(biāo)均正常，有的小羊已經(jīng)存活了一年以上。這項研究主要針對早產(chǎn)兒的護(hù)理研究，胚胎并非全程在人造子宮中孕育，不過假以時日，這種人造子宮或許能為猛犸象的復(fù)活提供幫助。

當(dāng)然，復(fù)活猛犸象絕非易事，也許還會遇到很多難題。不過，如果科學(xué)家真能將猛犸象帶回現(xiàn)世，將是一個巨大驚喜，這不僅能讓我們一睹這一史前巨獸的風(fēng)采，還能為我們找到一條挽救瀕危物種，甚至是已滅絕物種的新途徑。