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撰文丨甲遇庚

編輯丨王多魚

排版丨水成文

近年來，隨著生物醫(yī)藥研發(fā)的快速發(fā)展，全球?qū)ι镞z傳資源的需求越來越高。與此同時，許多國家已經(jīng)在開展對人類和動物物種遺傳資源的保護工作，以便在未知傳染病或環(huán)境變化（如全球變暖）發(fā)生時維系生命、拯救瀕危物種，以維持地球生物多樣性。因此，采集、保藏和研究動物遺傳資源是一項必要的任務，對于生命科學基礎(chǔ)研究和臨床醫(yī)學應用開發(fā)具有重要的科學意義。

目前的生物樣本儲存方法依賴于超低溫存儲，例如將哺乳動物的精子或胚胎冷凍保存在液氮（LN2）中。然而，液氮的維護成本高昂，而且容易受到斷電故障等突發(fā)事件的影響。

近期，一些研究人員嘗試冷凍干燥（FD）精子，以提高遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性和存儲安全性，但該方法受制于獲取健康精子的能力。過去的研究提出了從體細胞產(chǎn)生克隆后代的可能性，因此，這些細胞或許可以用作保存遺傳物質(zhì)。

2022年7月5日，日本山梨大學的若山照彥博士等人在 Nature 子刊 Nature Communications 上發(fā)表了題為：Healthy cloned offspring derived from freeze-dried somatic cells 的研究論文。

該團隊首次使用冷凍干燥的體細胞克隆出具有正常繁殖能力的小鼠，并成功培育出它們健康后代。該研究為保存物種遺傳資源的生物樣本庫開辟了一條廉價且安全可行的方案。

早在1998年，若山照彥等人就在 Nature Biotechnology 期刊首次報道冷凍干燥保存三個月之久的小鼠精子的細胞核仍可以支持正常的胚胎發(fā)育，在注入具有較強 DNA 修復能力的卵母細胞后能夠發(fā)育為正常小鼠，并成功產(chǎn)生后代；但冷凍干燥技術(shù)還未應用于精子以外的細胞。

其實，從第一只克隆青蛙到第一個哺乳動物被克隆成功后，科學家們就已經(jīng)開始利用體細胞產(chǎn)生克隆后代。這意味著，體細胞也可以作為一種遺傳資源使用。

在這項新研究中，該團隊開發(fā)了一種冷凍干燥體細胞的方法，通過核移植從冷凍干燥體細胞核克隆整只小鼠。核移植是將供體細胞核移入去核的卵母細胞中，使后者不經(jīng)過精卵結(jié)合的有性過程即可被激活、分裂并發(fā)育，從而讓核供體的基因得到完全復制，在培養(yǎng)一段時間后，再把發(fā)育中的卵母細胞移植到動物體內(nèi)，讓其發(fā)育并最終生產(chǎn)。

冷凍干燥體細胞克隆小鼠的制備過程示意圖

首先，研究團隊將體細胞冷凍干燥在 -30°C 下存儲 9 個月。他們發(fā)現(xiàn)許多體細胞的克隆胚胎在單細胞期表現(xiàn)出 DNA 損傷，或在二細胞期表現(xiàn)出染色體異常。相比之下，在冷凍干燥處理前加入對精子和體細胞具有抗氧化作用的表沒食子兒茶素，可以提高核重塑率和囊胚發(fā)育率。通常，在核移植方法中，注入的細胞核在 2 小時內(nèi)形成染色體早熟凝集（PCC）的情況被稱為核重塑。

來自新鮮、凍融（FT）和冷凍干燥（FD）體細胞核的克隆胚胎的異常染色體分離

雖然所有精子在冷凍干燥過程中死亡，且 DNA 出現(xiàn)了損傷，但在注入卵母細胞后，研究人員成功進行了體細胞核移植并產(chǎn)生了囊胚（早期胚胎），建立了穩(wěn)定的小鼠核移植胚胎干細胞系（ntES）。然后，他們利用 ntES 細胞作為核共體進行再克隆獲得了健康的雌性和雄性后代，成功率為 0.2-5.4% 。

ntES細胞系的建立及冷凍干燥體細胞克隆小鼠的制備

研究人員表示，雖然目前從冷凍干燥體細胞克隆小鼠的出生率仍然很低，且細胞必須保存在 -30°C ，但體細胞可以在冷凍干燥狀態(tài)下長期儲存，并用作產(chǎn)生后代的供體。更重要的是，體細胞可以很容易地從任何動物身上采集，包括不育或未成熟/年老的動物。因此，體細胞一旦在環(huán)境溫度下儲存，就可以成為保存遺傳資源的一種有價值的方法。

隨后，研究人員選擇了9只雌性小鼠和3只雄性克隆小鼠，分別與雄性和雌性小鼠交配。最終，所有雌性小鼠都產(chǎn)下了一只小鼠幼崽。這表明，這些克隆動物具有正常的繁殖能力。

研究人員指出，冷凍干燥比現(xiàn)有存儲細胞的方法造成更多的 DNA 損傷，但克隆的成功率表明這是一種可行的替代選擇。因此，冷凍干燥體細胞可以以安全和低成本的方式存儲任何動物的遺傳物質(zhì)，為更廉價、更安全的無液氮生物樣本庫提供了解決方案。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31216-4

https://www.nature.com/articles/nbt0798-639

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網(wǎng)址: Nature子刊：凍干保存的體細胞可用于克隆，且產(chǎn)生健康后代 http://m.u1s5d6.cn/newsview540321.html