李劲松课题组：“人造精子”细胞PK精子细胞超能大作战

来源：JMCB科学前沿

两只雌性小鼠或者两只雄性小鼠也能够产生后代？精子还可以人造？胚胎竟然还可以借别的母鼠子宫发育出生？基因改造过的强化生物会出现吗？发育生物学实验室平时究竟在做什么？ 

存活下来的物种，不是那些最强壮的种群，也不是那些智力最高的种群，而是那些对于变化作出最积极反应的物种

有性生殖是生物应对多变的环境而进化出的一种高级生殖方式。有别于无性生殖仅能被动依赖突变产生新的性状，有性生殖生物在产生雌雄配子的过程以及后续配子结合过程中存在巨大的随机性，并因此能够更快速地产生新的性状，进而拓展了整个种群的基因丰度。因此高等动物都选择有性生殖为唯一的生殖方式。

有性生殖过程中正在被精子“围攻”的卵子

二倍体生物通过形成单倍体的配子，紧接着发生雌雄双方配子的结合，重新成为二倍体的子代个体来完成世代交替

绝大多数进行有性生殖的生物都是由雄性个体产生雄配子，由雌性个体产生雌配子。也有些例外，比如雌雄同株的植物，它们同一个体既可以产生雄配子也可以产生雌配子。哺乳动物中，雄配子通常也称为精子，其形似蝌蚪，并能以一定的速度向前运动；雌配子通常也称为卵子，它们体积巨大，并且在数量上远少于精子。有性生殖过程发生时，卵子在原地等待精子的到来，此时运动能力强的那部分精子有更大的几率使卵子受精，这本身也体现了自然界优胜劣汰的法则。

人造精子细胞的诞生

精子是细胞中的运动健将，然而有得必有失，获得运动能力的代价是失去了绝大多数的细胞器，并且它所携带的遗传物质以高度压缩的方式存在。因此虽然精子是一种细胞，但它并不像其他大部分的细胞一样，在实验室中可以被培养，他们自身也不再具有复制能力，如果没有发生受精，它们唯一的结局就是死亡。

2012年，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）李劲松研究组与徐国良研究组合作发现，如果将已受精的胚胎中的雌性的那部分遗传物质移除，就可以从这种只含有雄性遗传物质的胚胎中获得一种新类型的干细胞。这种细胞拥有精子一样的遗传物质，又拥有正常细胞的外形；既可以在实验室的体外培养环境中无限增殖，又可以通过注射的方式使卵子受精。这就是“人造精子”细胞的1.0版本——孤雄单倍体胚胎干细胞。

2015年李劲松研究组又通过基因水平的编辑，在孤雄单倍体胚胎干细胞的基础上敲除了两个基因调控区域，使得孤雄单倍体胚胎干细胞变得更像精子了，这便是目前使用的“人造精子”细胞2.0版本。

人造精子细胞注射进卵子

自然界明明就有现成的精子细胞，又为什么要花时间研究“人造精子”细胞呢

“人造精子”细胞的应用，重点并不在精子真正的唯一使命——繁殖后代上。科学家更关心繁殖后代这一过程背后的科学问题。比如为什么一定要精子和卵子的结合才能够产生后代，而不是两个精子或两个卵子。单从基因的角度来看，我们每个人的基因都在过去的千万年间不停地在男性和女性之间传递，也就是说基因本身是不区分性别的，那是什么让人类在产生配子的时候给自己贡献的部分基因加上了性别的标记？

原本由于无法直接对精子进行遗传操作，这些难题一直难以攻克。而现在通过在“人造精子”细胞上的一系列基因编辑，科学家们已经顺利获得了只含有两个雌性遗传物质的小鼠或只含有两个雄性遗传物质的小鼠，帮助了人类了解生命的本质。另外，“人造精子”细胞可以体外进行编辑，并通过注射的方式将细胞水平的基因编辑结果推进到小鼠个体水平上去，这加速了用于包括疾病模型小鼠在内的各类模式小鼠的制备过程。

基因改造的携带有绿色荧光的小鼠 图片来自互联网

越来越进步的生物技术所引发的伦理危机

随着新一代基因编辑技术CRISPR/CAS的诞生，人为改变特定基因序列变得轻而易举，这是分子生物学一个划时代的进步，大大降低了基因功能研究门槛，也使得很多罹患无法被治愈的遗传疾病的患者重新看到了希望。

在基因编辑技术造福人类的同时，一些科研人员却利用基因编辑技术进行了一些原本不必要的编辑，甚至试图通过基因编辑让后代具有一些特定的改变，比如发色，肤色等。所幸科学界很快意识到了这一问题，并在世界范围内推动立法程序禁止一些违反伦理的生物学实验。

“人造精子”细胞从诞生到应用，目的是为了推动生物研究的进程，并不考虑将它应用于人类的辅助生殖上，男性们自然也不用担心有了“人造精子”是否就再也不需要男人了这一问题。