「女兒國之水被破解」nn——利用幹細胞技術實現哺乳動物同性生殖

出品：科普中國

製作：中國科學院動物研究所周琪研究團隊

監製：中國科學院計算機網路信息中心

神話小說「西遊記」一回中講到唐僧師徒四人來到了一個神秘的「女兒國」。這裡沒有男人，女人長到二十歲，就去喝子母河的水，幾天後就可以生下一個女孩。

現實生活中，人們一直在嘗試開發各種輔助生殖技術，以幫助眾多不孕、不育夫婦成功孕育後代。最近，科學家在實驗室中開發了一種新的技術，甚至能夠讓女性之間也能夠獲得自己的後代，此般神奇的「女兒國」之水到底是一種怎樣的技術呢？

一、「精-卵」結合創造生命

自然界中，大多數高等動物新生命的開始都是源於父親精子和母親卵子的結合。精卵結合形成一個受精卵,新生命就這樣誕生了。千百萬年來，精子和卵子的結合被認為是高等動物新生命誕生的必經之路，它們同性相斥，異性相吸，通過兩性生殖細胞的結合機制維持著生命的不斷繁衍。

如今，在中國科學院動物研究所的實驗室中，科學家僅利用卵子就實現了哺乳動物的繁衍，打破了自然界中固有的生殖規律——這就是神奇的細胞「變性手術」。

圖1 哺乳動物的精子和卵子（資料圖）

二、神奇的「單倍體幹細胞」技術

近年來，中國科學院的科學家們利用一種名為「單倍體幹細胞」的技術取得了令人矚目的研究成果。

2012年，中國科學院動物研究所周琪研究團隊在小鼠孤雄單倍體幹細胞領域的研究中獲得了突破。經歷了長達2年的實驗探索，他們將一枚小鼠精子注射到去除了細胞核的卵母細胞中，經過體外的發育和培養，最終獲得了孤雄單倍體幹細胞。這種用類似克隆的方式獲得的單倍體幹細胞只具有正常細胞的一半的染色體，並能夠穩定傳代。

研究發現，孤雄單倍體幹細胞的表觀遺傳修飾和細胞倍性像極了精子，通過卵母細胞胞漿注射的方式，它能夠成功替代精子獲得由單倍體幹細胞發育而來的後代。這種從哺乳動物的精子或卵子獲得的幹細胞背負了特殊使命，它既能夠像普通幹細胞一樣無限擴增、繁殖，且必要的時候還會變身，能夠替代精子或卵子作為生殖細胞繁育後代，這簡直就是細胞中的「超能戰士」。

圖2. 小鼠單倍體胚胎幹細胞（攜帶綠色熒光蛋白）

三、幹細胞的「變性手術」實現同性生殖

最近，科學家們利用基因編輯手段對單倍體幹細胞進行了一場規模空前的「變性手術」。科學家們首先將一枚小鼠的卵母細胞培養成孤雌單倍體幹細胞，這種只含有單套染色體的細胞理論上可以用來替代精子與卵子結合，但這樣兩個來源都是雌性的細胞，最終沒能獲得愛的結晶。難道只有像精子和卵子這樣真正的「異性」才能相吸嗎？

研究發現，兩個來源都是雌性的細胞沒能順利結合，是由於細胞內一種稱作印記基因的特性在搗鬼，印記基因就像細胞的「胎記」一樣，標記了細胞究竟來自於父方還是母方。

針對這個根源，科學家們利用基因修飾的手段改變了其中兩個稱為H19和Gtl2的2個重要的印記基因，將原本的雌性印記逆轉為了雄性印記，一場針對細胞的「變性手術」就這樣完成了。

經過性別逆轉之後的細胞被再次注射進小鼠的卵母細胞中，「她們」最終突破了性別的束縛，獲得了愛的結晶：成功地發育成為由兩個雌性小鼠作為親本的後代。

圖3 小鼠胚胎顯微注射（資料圖）

西遊記中神奇的「女兒國之水」如今已經被科學家們破解，哺乳動物的同性生殖已經在實驗室中成為了現實，這是生殖領域另一個里程碑式的研究成果。

然而，由於我們對於哺乳動物印記基因的認識仍然有限，目前僅能夠在實驗室中實現雌性的生殖，距離雄性之間的生殖我們認為還很難實現。生命科學仍然如同浩瀚的宇宙一般神秘，科學家將繼續帶著我們一層層揭開關於生命的神秘面紗。

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