在生物学中，克隆是指复制某些生物实体，如基因、细胞或整个有机体。

在这个过程中，卵细胞的细胞核被另一个成熟细胞的细胞核所取代。在多利的案例中，细胞来自于一只成年母羊的乳腺。这个细胞核包含了母羊的DNA。成年细胞核被植入卵子后，宿主细胞会对其进行重新编程。通过人工刺激卵子分裂，使其表现出与精子受精的胚胎相似的行为方式。在培养过程中多次分裂后，这个单细胞形成了一个囊胚(一个有大约100个细胞的早期胚胎)，囊胚的DNA与提供成体细胞的原始供体的DNA几乎相同——一个基因克隆。

什么是克隆?

克隆是一个众所周知的科学术语。克隆羊多莉1997年在科学杂志《自然》上发表了她的研究报告，成为了世界上第一个克隆羊。这激起了一些科学家、研究人员和公众对克隆方法的兴趣。但什么是克隆?它是如何工作的?

克隆是一种科学技术，它被用来精确地复制不同生物的基因。这包括DNA、细胞、组织或整个动物的复制。

动物克隆是一种无性繁殖的方法。它可以被定义为动物生殖的一种形式，包括用来自供体部分(体细胞)的细胞替换卵核。一旦替换完成，重建的胚胎就会被植入代孕母亲体内，让胎儿发育。

先进的生物技术使牧场主能够增加高产牲畜的繁殖。这样，他们就可以复制家畜现有的最有利的特性，比如高产奶量和更好的健康。克隆生产出健康的牲畜，提供健康和安全的乳制品。克隆也有助于保护濒危物种。

历史和概览

胚胎是如何通过基因表达来控制发育的，基因的开启和关闭的过程?发育成熟的细胞或分化的细胞能否通过被植入胚胎而将其基因重置为更早的版本?

研究人员在20世纪50年代首次提出了这些问题。用一种叫做微管的非常细的空心针将未受精的青蛙卵细胞的细胞核吸出。用同样的方法，从正在发育的青蛙胚胎中的细胞中取出细胞核。将其注射到空的卵子中，开始了胚胎发生的过程。这个过程很少产生蝌蚪，只有少数蝌蚪长成青蛙。这是核移植的最早版本，这是一种克隆技术，将一个没有细胞核的细胞核植入一个没有细胞核的细胞。卵细胞重组基因能力的证据是一个重要的结果，研究转移到了哺乳动物身上。

在克隆羊多利出现之前，大多数动物克隆都是直接取自胚胎的细胞核。苏格兰研究人员伊恩·威尔穆特(Ian Wilmut)将一个从一只6岁大的绵羊乳房中取出的体细胞植入一个染色体已被移除的未受精绵羊卵子中。在这个过程之后，卵子细胞质中的蛋白质重新编程了包含在DNA中的发育指令。这些基因从完全分化的“乳腺细胞程序”切换到产生小绵羊的程序。这是一种非常低效的生育后代的方法，大概是因为卵子的细胞质没有足够的时间来正确地重新编程从乳腺细胞到多能状态的所有基因。超过99%的克隆体在植入后死亡。此外，以这种方式制造的动物并不是真正的基因克隆。卵子在染色体外的细胞器中含有遗传物质，称为线粒体。由此产生的生物体或细胞系在染色体水平上是一个克隆，但有线粒体基因的混合物。

用同样的方法制造动物克隆细胞——理论上也可以用来制造人类细胞的克隆系，这些细胞的基因与任何需要它们的人的基因相近。来自供体细胞的细胞核将被植入一个剥去细胞核的卵细胞中。然后，就像动物克隆一样，卵子会分裂，一个胚胎可能被培养到囊胚期，并获得它的干细胞系。

另一个希望是，由SCNT制造的重编程细胞系可能成为研究人类发育和疾病的遗传基础以及药物发现的有力工具。在最乐观的情况下，克隆技术可以生产出与病人基因匹配的治疗性干细胞，并使其产生免疫排斥反应的风险降至最低。不幸的是，线粒体不匹配通常会导致免疫排斥，尽管比染色体基因也不匹配时的排斥速度要慢。在干细胞研究的其他方面，由于道德和技术障碍，治疗性干细胞的前景已被证明难以实现。

这些困难随着韩国干细胞丑闻而成为焦点。研究组在2004年和2005年表示，通过体细胞核移植，首次成功培育出了患者专用的人类胚胎干细胞。此外，研究人员声称，他们已经以惊人的效率完成了克隆，这缓解了人们对需要数百或数千个人类卵子的担忧。后来发现，确实使用了数千个卵子，其中一些卵子是在可疑的情况下从实验室工作的妇女那里获得的。这些线条本身并不是SCNT制作的;它们来自于孤雌卵——通过某种方式使它们在不受精的情况下分裂——或者可能直接来自于体外受精胚胎。

这一欺诈行为促使人们努力寻找无可争议的人类克隆细胞替代品。首先，体细胞和胚胎干细胞融合的实验成功地重新编程了体细胞细胞核中的基因。这意味着在胚胎细胞中表达的基因使它们保持多能性，或者能够制造身体中的任何细胞或组织。最近，研究人员通过将这些胚胎基因亚群引入小鼠白血病病毒载体，对皮肤细胞进行了重编程。这些实验制造出具有胚胎性质的细胞系。这些被称为诱导多能干细胞(iPS)的细胞系表达了胚胎干细胞的标记和基因;它们还具有重新分化成成年细胞类型的能力。如果它们被发现与胚胎细胞相同，那么原则上，它们可以取代核移植，作为一种产生基因与病人匹配的多能细胞系的方法。由于染色体和线粒体都来自诱导细胞，iPS细胞比来自SCNT的干细胞更匹配。虽然几个实验室现在已经培育出了人类iPS细胞，但用老鼠的iPS细胞进行的实验表明，这些基因和携带它们的载体会导致癌症。消除这些致癌基因是许多重编程实验室的目标。

不同类型的克隆

克隆的不同类型包括自然克隆和人工克隆。

自然克隆

许多原核生物，如细菌，可以通过无性繁殖产生相同的后代。双分裂是一种无性繁殖，细菌的DNA复制，细胞分裂成两个相同的细胞。芽殖、分裂和孤雌生殖是自然克隆过程的一些例子。

自然克隆通过无性繁殖，发芽酵母

在人类和哺乳动物身上也可以观察到自然克隆。当受精卵分裂成两个携带相同DNA的胚胎时，就会发生这种情况。同卵双胞胎有着相同的基因结构，但与父母不同。

人工克隆

人工克隆涉及一项复杂的技术，从一种被称为外源DNA的生物体中收集基因，并将其插入载体中。不同类型的人工克隆包括

• 基因或DNA克隆
• 生殖克隆
• 治疗性克隆

不同的人工克隆方法在不同的领域有不同的用途。这些方法使用DNA、基因或细胞来产生更多的DNA、干细胞或完整的动物。

基因克隆

这种人工克隆方法使用任何DNA片段、序列或整个基因序列进行克隆。这个过程包括

• 从基因组中提取基因或DNA片段限制性内切酶用于DNA破碎和提取。
• 克隆载体或聚合酶链反应用于产生DNA的多个副本。
• 克隆DNA的方法有超声波法、声波搅拌法、琼脂糖凝胶电泳法、电流分离法等。

这种方法被用于医疗保健领域。像胰岛素、生长激素这样的生物制药都是用这种人工克隆的方法制造出来的。

生殖克隆

生殖克隆是一种人工克隆方法，产生完全相同的副本的整个生物体。通常，生殖是通过性的方式进行的，其中父母的精子和卵子形成一个胚胎。这种方法涉及基因杂交，不可能产生亲本的一模一样的副本。

然而，随着生物技术领域的发展，科学家们已经可以通过无性繁殖产生与父母完全相同的克隆或复制品。

最常用的生殖克隆方法是体细胞核移植(SCNT)。

使用SCNT方法进行克隆的过程如下

• 这一过程始于从卵细胞中取出细胞核。
• 细胞核被体细胞(既不是精子细胞也不是卵细胞的体细胞)取代，这些体细胞要么在培养中生长，要么从个体中获得，要么作为冷冻组织保存。
• 体细胞通过融合或直接注射转移。
• 卵子受到刺激而分裂。
• 一旦细胞开始分裂，它就被转移到动物的子宫里。
• 细胞在子宫内发育，并在出生时达到顶峰。
• 这种动物是由供体细胞克隆而成的。

第一个用这种方法克隆的是多莉羊，它是体细胞供体母羊的复制品。这种方法与自然受精不同，因为胚胎是由体细胞形成的，而不是父亲的精子和母亲的卵子。

治疗性克隆

治疗性克隆涉及从胚胎中提取的、不用于子宫内移植的患者特异性细胞系的产生。治疗性克隆的程序与生殖性克隆相似。然而，治疗性克隆并不生成一个完整的有机体。在治疗性克隆中，皮肤细胞被卵子的细胞核所取代。胚胎反复分裂。在这一点上，科学家们从囊胚中取出干细胞，并使用它们在一个完美匹配的病人体内培养细胞。干细胞可以重复分裂并产生更多的干细胞。干细胞被用于治疗病人的疾病。这一程序已被证明是治疗和医学领域的一个突破。治疗性克隆用于制造事故和烧伤患者的皮肤、组织、软骨和骨骼。