經(jīng)過幾十年的努力，科學家最終成功地從牛身上獲得胚胎干（ES）細胞，并在培養(yǎng)皿中使其保持原始狀態(tài)。獲得這些可變成從皮膚到肌肉、骨頭等各種組織的多功能細胞，將使調(diào)整和保存肉牛以及乳牛品種的遺傳性狀變得更加容易。這反過來又促成了產(chǎn)生更多牛奶或者更嫩牛肉、產(chǎn)仔時面臨更少并發(fā)癥以及擁有更強的疾病抵抗力的動物。此項發(fā)現(xiàn)或許還為研究牛的基本發(fā)育和成為人類疾病模型開辟了道路。
“我原以為這輩子都不會看到此事發(fā)生。”美國密歇根州立大學發(fā)育生物學家Jose Cibelli表示。他是上世紀90年代末試圖獲得牛ES細胞的團隊成員之一。自從以后的諸多努力中，當來自牛胚胎的干細胞在實驗室中被生長出來時，它們會發(fā)育成其他細胞類型。這意味著它們很快喪失了多能性。
1981年，科學家成功分離出小鼠ES細胞，從而使他們得以研究早期胚胎發(fā)育并且測試遺傳缺陷的影響。此后不久，研究人員將目光轉(zhuǎn)向了牛。不過，直到1998年，研究人員才找到合適的營養(yǎng)基培養(yǎng)人類ES細胞。
作為目前正在分離牛ES細胞的團隊成員之一，Jun Wu在其職業(yè)生涯中極少關注牛。這位來自得克薩斯州西南醫(yī)學中心的干細胞生物學家一直對從小鼠和人類身上獲得新的干細胞種類更感興趣。他還對開發(fā)將來自兩個物種的細胞混合的嵌合體感興趣，比如擁有人類細胞并且可能有一天生長出移植用器官的豬。2015年，他同合作者報告稱，發(fā)現(xiàn)了很容易在實驗室和小鼠體內(nèi)生長出來的新型人類多能干細胞的正確培養(yǎng)條件。
不過，該項目的一位合作者盯上了另一項研究。此前曾在Cibelli實驗室工作的加州大學戴維斯分校生殖生物學家Pablo Juan Ross希望，這些相同的培養(yǎng)條件可能最終維持來自家畜的ES細胞的生長。這會使改善動物遺傳性狀變得更加容易。為此，這個還將發(fā)育生物學家Juan Carlos Izpisúa Belmonte及其在圣地亞哥索爾克研究所的團隊包括在內(nèi)的研究小組，將從牛胚胎中分離出來的干細胞暴露在新的培養(yǎng)基中。這種混合物擁有兩個關鍵組分：促使細胞生長和增殖的蛋白以及另一種抑制它們分化成更多成熟細胞類型的分子。
“他們同時利用了‘加速器’和‘剎車片’。”牧場主、科羅拉多州立大學生殖生理學家George Seidel表示。結(jié)果是：在實驗室中生長了一年多以后，細胞仍保留了多能狀態(tài)。“多年來，我的很多同事和學生一直試圖做到這一點。”Seidel說。當被注射進擁有較弱免疫系統(tǒng)的小鼠體內(nèi)時，這些細胞生長成由多種細胞構(gòu)成的畸胎瘤——真正的多能干細胞的關鍵特征。研究人員在日前出版的美國《國家科學院院刊》上報告了這一成果。
不過，Seidel表示，對牛ES細胞的興趣隨著克隆技術的發(fā)展而有所消退。利用產(chǎn)生多利羊的相同技術，即來自成年細胞的DNA被植入去掉了DNA的卵子中，家畜育種者能復制出想要的動物遺傳性狀，比如快速生長或者豐富的牛奶產(chǎn)量。擁有這些性狀的公牛為育種者帶來了豐厚的利潤，因為他們可以把精子出售給牛肉和牛奶生產(chǎn)商，而后者利用其為母牛實施人工授精并將更好的性狀帶給下一代。
不過，Cibelli介紹說，通常被用于產(chǎn)生這些克隆品的細胞——被稱為纖維母細胞的結(jié)締組織細胞很短命，并且僅能分裂20或者30次。而有了能生存很長時間的ES細胞，育種者可以更加輕松地抓住優(yōu)勢細胞系，并且通過諸如CRISPR等技術對?；蚪M進行多輪編輯。
即便未經(jīng)過基因改造——一種消費者可能不愿看到被用于牛排和奶昔的技術，ES細胞也能讓育種者更加輕松地選擇優(yōu)勢動物。他們可以測試來自不同胚胎的ES細胞，以尋找諸如同更多牛奶產(chǎn)量相關的基因等遺傳優(yōu)勢。Cibelli表示，一旦辨別出想要的一系列性狀，研究人員便能利用這些細胞創(chuàng)造出無限的克隆品。
對于Ross來說，最令人激動的應用依賴于其團隊目前的工作——闡明如何將這些ES細胞發(fā)展成牛的精子和卵細胞。如果他們成功了，家畜基因公司便可以將這些精子和卵子結(jié)合起來，以創(chuàng)建擁有新的遺傳組合的胚胎然后從最好的胚胎中分離出更多的干細胞。他們可以利用這種循環(huán)——干細胞、精子和卵細胞、胚胎、干細胞——在無須任何動物出生的情況下加速改善后代的性狀。這意味著等待牛妊娠的時間變短，同時被浪費的動物變少。“它能使遺傳進度加速幾個數(shù)量級。”Ross表示。
（中國經(jīng)濟網(wǎng)）