【人造生命】基因工程製造出肌肉猛犬

■中國科學家用基因工程的方法,訂製出更壯的肌肉狗,把牠們分別命名為大力神和天狗。

天狗(右)和大力神(左)三個月大的照片(Zou Q, et al. J Mol Cell Biol. 2015 Oct 12. pii: mjv061.)
天狗(右)和大力神(左)三個月大的照片(Zou Q, et al. J Mol Cell Biol. 2015 Oct 12. pii: mjv061.)

撰文|黃貞祥

中國科學院廣州生物醫學與健康研究院的賴學良、南京大學-南京生物醫藥研究院的高翔和廣州醫藥研究總院的應軍等人,利用一種稱為 CRISPR/Cas9的基因剔除技術,成功把兩隻狗的肌肉生長抑素基因(myostatin,MSTN)剔除掉。該基因對骨骼肌生長有抑制作用,把它剔除後,狗的肌肉在四個月大時,就明顯比普通狗發達,成年後還有更強的運動力。

CRISPR(Clustered, Regularly Interspaced, Short Palindromic Repeats)/Cas9(CRISPR-Associated Protein 9) 原本是細菌的一種特殊核酸內切酶,會辨認外來的DNA並加以切割降解,被認為是細菌用以抵抗病毒感染的防禦機制,基本上是細菌的免疫機制。

後來當科學家瞭解了Cas9對於目標DNA的辨認機制,發現Cas9會與其導引RNA(small-guiding RNA)結合後能夠辨認目標序列,就藉由人工的方式修改其專一性,結合並切割目標DNA。科學家只需要修改導引RNA的序列,即可改變Cas9的專一性,轉而裁切不同序列的DNA,讓CRISPR/Cas9成為一種方便有效的基因剔除技術。

牛、羊、豬、猴等哺乳動物都能用 CRISPR/CAS9來剔除特定基因,可是狗的生殖生理較為特殊,所以技術上也比較困難。因為母狗生殖週期長,動情前期有13-16天,發情期4-12天,間情期為60-90天;而狗的卵巢釋放卵母細胞後,需要在輸卵管經48-72小時才會成熟能夠受精,這樣的生殖生理特性讓基因剔除的胚胎和代理孕犬不易保持在同一個生殖生理週期,妊娠容易失敗。

他們用了一個自體移殖的策略,把一側輸卵管內的受精胚胎取出,進行顯術操作處理了遺傳物質後,馬上放回另一側的輸卵管,讓胚胎和母狗的生殖週期同步,提高了妊娠成功率。最後有27隻小獵犬出生,但只有兩隻,也就是大力神和天狗,前者是公狗、後者是母狗,一對MSTN基因都被成功剔除。這個研究結果發表在《分子細胞生物學期刊》(Journal of Molecular Cell Biology)。

由於狗和人的解部和生理非常相似,不少生物醫學研究人員,已開始用狗來研究人體生理和疾病發生的機制。利用這個技術,他們希望能夠用狗來研究人類的遺傳疾病,如帕金森氏症或肌肉萎縮症等等。

原學術論文:Zou Q, et al. Generation of gene-target dogs using CRISPR/Cas9 system. J Mol Cell Biol. 2015 Oct 12. pii: mjv061.
參考資料:
1. Madhumita Murgia. Chinese scientists create 'designer dogs' by genetic engineering. Telegraph.co.uk - ‎2015/10/20
2. Andrew Griffin. Genetically-engineered, extra-muscular dogs created by ChinesescientistsThe Independent - ‎2015/10/20
3. Chinese Researchers Use Genetic Modification to Make Buff Beagles. Newsweek - ‎‎2015/10/20

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作者:黃貞祥 現於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育 生物學研究。科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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