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转基因小鼠:后基因组时代的研究利器

2009-10-29 00:00 生物谷 生物谷 阅读 0
核心摘要: 本文通过专访赛业生物中国市场总监孙久峰,深入探讨了转基因小鼠作为后基因组时代研究利器的重要性。文章详细介绍了选择小鼠作为模式动物的原因、转基因技术的发展历程、应用领域、国内外现状及技术局限性。转基因小鼠在基因功能研究、人类疾病模型构建和基因调控机制探索中发挥关键作用,尽管存在随机插入等局限,但其不可替代的优势使其在可预见的未来仍将是生命科学研究的重要工具。

编者按:转基因动物是指通过人工方式将外源基因整合到染色体中,并能稳定遗传给后代的一类动物。转基因动物在生物医药研究、家畜品种改良以及作为“动物基因药工厂”生产基因产物等方面具有广泛用途。小鼠作为最主要的转基因模式动物,被广泛应用于生命科学和医学研究。转基因小鼠的制备方法主要有两种:DNA显微注射受精卵和胚胎干细胞注射到囊胚。这两种方法都需要一整套显微注射设备,包括显微镜、微动操纵仪、显微注射器和微量移液器等。赛业生物科技公司是国内首家提供转基因小鼠制备商业化服务的专业公司,我们有幸采访了赛业生物中国区市场总监孙久峰先生,就转基因小鼠技术及其应用前景进行了访谈。

生物谷:为什么要选择小鼠作为研究人类基因的模式动物?

孙久峰:小鼠作为实验材料已有上百年历史,从首次被使用到基因组测序完成,小鼠已成为研究人类遗传疾病的最佳动物模型。小鼠是最小的哺乳动物之一,繁殖和发育速度极快。尽管小鼠与人类在体型和形态上差异很大,但在生物进化上非常接近。2002年,小鼠基因组测序基本完成,与人类基因组对比发现,二者惊人地相似,99%以上的基因同源,这进一步证实了小鼠作为人类基因研究工具的价值。人和小鼠基因组序列的大量信息为研究基因功能及其表达调控、胚胎发育和人类疾病的分子机制提供了基础和技术手段。这些是选择小鼠作为人类基因研究动物模型的主要原因。

生物谷:您能谈谈转基因技术是什么时候开始的吗?什么是转基因小鼠?

孙久峰:1981年,Gordon和Ruddle首次提出了“转基因(Transgenic)”一词。但首个转基因生物——转基因大肠杆菌早在1973年就已诞生。1974年,Rudolf Jaenisch通过将SV40病毒的DNA注射到小鼠囊胚中,创造了第一只携带外源基因的小鼠。后来,研究人员将鼠白血病病毒注射到小鼠胚胎中,获得了能通过生殖系统稳定遗传的小鼠,且外源基因能在后代中稳定表达。这些能稳定遗传并表达外源基因的小鼠即我们现在所说的转基因小鼠。

生物谷:转基因小鼠具体应用于哪些领域?

孙久峰:转基因技术为科研人员系统研究目的基因功能和相关机制创造了条件。转基因生物具有广泛的应用领域,包括生物和医学研究、药品生产、实验医学(如基因疗法)和农业等。转基因小鼠可用于基因功能研究、基因调控机制研究、人类疾病模型的病理及治疗研究等。

生物谷:目前国外转基因小鼠技术的现状如何?使用广泛吗?

孙久峰:前些年,许多美国和欧洲的实验室自行搭建转基因动物平台,看重其研究潜力。但近年来,出于经济和技术考虑,一些实验室关闭了转基因动物平台。转基因小鼠的核心技术是显微注射,对操作人员技能要求高,维持费用也高。因此,从效益最大化角度出发,许多实验室选择由学校中心实验室或商业公司完成显微操作及相关鉴定工作。这种服务在美国已逐渐普遍化、标准化和商业化。

生物谷:转基因小鼠制备技术存在哪些局限性?

孙久峰:任何技术都有局限。目前,根本问题在于外源DNA片段插入基因组的过程是完全随机的,我们不清楚其插入机制。许多环节尚无定论,如显微注射DNA的线性化时机、目标片段长度、DNA浓度、纯化方法、溶液配方、受精卵供体及宿主的遗传背景等。整套实验成功率不高,需通过大量注射获取足够数量的转基因小鼠。此外,技术人员的操作技巧和熟练程度也影响成功率。显微注射既是技术也是艺术,需要长时间磨练,短期内难以被机器完全取代。这是局限,但或许也是这项技术的魅力所在。

生物谷:你们的客户主要从事哪些研究?

孙久峰:目前,赛业的主要客户来自欧美的生命科学实验室。由于保密协议,我不能透露具体研究内容,但有趣的是,最大客户群体来自基因调控研究实验室。我们知道人和小鼠都有约3万个基因,但对调控序列知之甚少。一些实验室正在大规模扫描基因组中曾被视作“垃圾”的非编码区,以寻找具有基因调控功能的序列。这项工作庞大而繁杂,其意义不亚于人类基因组计划,而转基因小鼠正是最有利的工具。

生物谷:能否在保密前提下具体说明他们如何利用转基因小鼠?

孙久峰:举个例子,科学家发现物种进化中某些非编码区序列高度保守,提示这些序列可能用于基因调控。验证方法是将这些保守序列与标记基因结合构建载体,通过原核显微注射转入小鼠受精卵,研究标记基因在胚胎发育中的时空表达,从而推断序列的调控功能。这种方法被证明十分有效,因此我们这方面的服务也在增加。

生物谷:国内转基因小鼠技术的应用现状如何?

孙久峰:转基因小鼠技术广泛应用于基础生物研究和医药创新。在美国,几乎所有生物实验室都使用中心实验室或商业公司的平台和服务。但在国内,目前仅上海、北京、南京等地的少数单位拥有转基因小鼠技术平台,且主要服务于内部科研,未广泛对外提供商业服务。作为国内首家提供转基因小鼠制备商业化服务的专业公司,赛业希望促进该技术在国内普及,为中国生物医药科技贡献力量。

生物谷:转基因小鼠技术近期会被其他技术取代吗?下一步发展如何?

孙久峰:转基因小鼠技术已存在三四十年,期间未出现革命性变化,也未被他技术取代,反而通过不断进步日臻完善,经受了时间考验。随着科技进步,越来越多元素融入该技术,如胚胎激光打孔技术,可实现精确显微注射,提高成功率和重复性。另一项新技术是直接将携带目的基因的慢病毒载体注射到原核,通过感染高效转入外源基因。这些新技术我们也在尝试。我认为转基因技术具有不可替代的优势,将在可预见的很长一段时间内发挥作用。虽然仍需完善,但近期出现革命性跳跃或被取代的可能性不大。

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关于赛业(广州)生物科技有限公司

赛业生物科技有限公司是美国Cyagen Biosciences Inc.旗下的中国区子公司,依托来自芝加哥大学、麻省理工学院及多家美国生物技术公司的科学团队,专业从事干细胞、分子生物学及转基因模式动物的前沿技术开发,是国内唯一一家面向国际同时提供干细胞、分子生物学及转基因模式动物产品和技术服务的商业化生物科技公司。目前,Cyagen的客户遍布美国和欧洲各大学生命科学实验室、生物技术研究机构及药厂,如哈佛大学医学院、芝加哥大学、耶鲁大学、斯坦福大学、MIT、德国EMBL、Invitrogen、阿斯利康等。随着赛业中国业务的开展,越来越多国内实验室也加入客户名单。

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