推动历史,牛胚胎干细胞体外培养终于成功了

【字体: 时间:2018年02月12日 来源:生物通

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  上周《PNAS》发表的一项研究,加州大学戴维斯分校的科学家开发出一种新型培养系统,将胚胎干细胞有效提取效率提高到了“一次即中”。

  

35年来科学家们一直试图从奶牛身上分离胚胎干细胞(ES cells),但并没有多大进展。在适当的条件下,胚胎干细胞可以无限增殖,创建任何其他细胞类型或组织,对培育基因优良的奶牛意义巨大。

上周《PNAS》发表的一项研究,加州大学戴维斯分校的科学家开发出一种新型培养系统,将干细胞有效提取效率提高到了“一次即中”。

类似牛这样的大型家畜的胚胎干细胞的基因检测、基因组工程和研究对人类疾病具有重要意义。相比大鼠和小鼠,大型动物的胚胎干细胞能为人类干细胞疗法提供更好的检测模型。

最令人兴奋的是,如果研究人员成功利用这种干细胞生成配子(精子或卵细胞),然后将精子和卵子结合起来,用新的基因组合创造胚胎,然后从最好的基因中分离出更多干细胞,利用这种循环,在没有任何动物出生的情况下,科学家们就能实现后代改进,无需花费9个月的怀孕周期,这种“体外繁殖”就能减少制造转基因牛所耗费时间和实验动物饲养。

加州大学戴维斯分校农业与环境科学学院动物科学系副教授Pablo Ross说:“这项意义深远的成果将彻底改变现有的遗传方式。”除了Ross实验室,研究团队还包括Salk研究所发育生物学家Juan Carlos Izpisúa Belmonte课题组,他们将分离自牛胚胎的干细胞置于一种新培养基内,培养基中混合了两种关键成分:一种促进细胞生长增殖的蛋白和一种阻止细胞分化为成熟细胞类型的抑制剂。

“这就好比同时踩油门和刹车,”科罗拉多州立大学的生殖生理学家George Seidel说。“这些细胞在实验室条件下可以保持它们的多能性状态超过一年,我的很多同事和学生投入了数年时间来完成这项任务。当把这些细胞注入免疫系统较弱的小鼠体内,它们就能长成含有大量不同类型细胞的肿瘤,即畸胎瘤(teratomas),这是表明它们是真正的多能干细胞的重要标志。”

随着克隆技术的发展,科学家们对牛胚胎干细胞的兴趣有所减弱。像生产多利羊一样,技术人员将一个成体细胞的DNA放入人工去核的卵细胞中,就能复制具备某些理想性状的动物。对牛饲养者来说,他们可以通过售卖这些种牛的精液,为其他牛类制品生产者提供更优异的下一代。

但是,成体结缔组织细胞(成纤维细胞)的克隆寿命很短,只能分裂20或30次。Ross等人采用新方法培育的持久型ES细胞更利于优势细胞系的保存,能承受多轮CRISPR等基因编辑技术的修正改进。

这项技术将使人工育种进程增速一个数量级!现在花费几十年才能培育出来的优良品种,未来只需短短数年。“这就是我们如此兴奋的原因,过去你得花25年才能产出一头母牛,现在你只需2年半,”Ross说。

未来的奶牛将拥有更多肌肉、产出更多牛奶、释放更少甲烷,或者更适应温暖的气候。Ross设想,这些发现将有助于养牛羊的可持续发展。

原文检索:Efficient derivation of stable primed pluripotent embryonic stem cells from bovine blastocysts

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(生物通:伍松)

 

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