只有异性才相吸？干细胞技术可实现同性生殖

源自：新浪科技

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出品：科普中国
制作：中国科学院动物研究所周琪研究团队
监制：中国科学院计算机网络信息中心
　　神话小说“西游记”一回中讲到唐僧师徒四人来到了一个神秘的“女儿国”。这里没有男人，女人长到二十岁，就去喝子母河的水，几天后就可以生下一个女孩。
　　现实生活中，人们一直在尝试开发各种辅助生殖技术，以帮助众多不孕、不育夫妇成功孕育后代。最近，科学家在实验室中开发了一种新的技术，甚至能够让女性之间也能够获得自己的后代，此般神奇的“女儿国”之水到底是一种怎样的技术呢？

一：“精-卵”结合创造生命
　　自然界中，大多数高等动物新生命的开始都是源于父亲精子和母亲卵子的结合。精卵结合形成一个受精卵，新生命就这样诞生了。千百万年来，精子和卵子的结合被认为是高等动物新生命诞生的必经之路，它们同性相斥，异性相吸，通过两性生殖细胞的结合机制维持着生命的不断繁衍。
　　如今，在中国科学院动物研究所的实验室中，科学家仅利用卵子就实现了哺乳动物的繁衍，打破了自然界中固有的生殖规律──这就是神奇的细胞“变性手术”。

图1 哺乳动物的精子和卵子（资料图）

二：神奇的“单倍体干细胞”技术
　　近年来，中国科学院的科学家们利用一种名为“单倍体干细胞”的技术取得了令人瞩目的研究成果。
　　2012年，中国科学院动物研究所周琪研究团队在小鼠孤雄单倍体干细胞领域的研究中获得了突破。经历了长达2年的实验探索，他们将一枚小鼠精子注射到去除了细胞核的卵母细胞中，经过体外的发育和培养，最终获得了孤雄单倍体干细胞。这种用类似克隆的方式获得的单倍体干细胞只具有正常细胞一般的染色体（我们称之为单倍体）并能够稳定传代的干细胞。
　　研究发现，孤雄单倍体干细胞的表观遗传修饰和细胞倍性像极了精子，通过卵母细胞胞浆注射的方式，它能够成功替代精子获得由单倍体干细胞发育而来的后代。这种从哺乳动物的精子或卵子获得的干细胞背负了特殊使命，它既能够像普通干细胞一样无限扩增、繁殖，且必要的时候还会变身，能够替代精子或卵子作为生殖细胞繁育后代，这简直就是细胞中的“超能战士”。

图2.小鼠单倍体胚胎干细胞（携带绿色荧光蛋白）

三：干细胞的“变性手术”实现同性生殖
　　最近，科学家们利用基因编辑手段对单倍体干细胞进行了一场规模空前的“变性手术”。科学家们首先将一枚小鼠的卵母细胞培养成孤雌单倍体干细胞，这种只含有单套染色体的细胞理论上可以用来替代精子与卵子结合，但这样两个来源都是雌性的细胞，最终没能获得爱的结晶。难道只有像精子和卵子这样真正的“异性”才能相吸吗？
　　研究发现，两个来源都是雌性的细胞没能顺利结合，是由于细胞内一种称作印记基因的特性在捣鬼，印记基因就像细胞的“胎记”一样，标记了细胞究竟来自于父方还是母方。
　　针对这个根源，科学家们利用基因修饰的手段改变了其中两个称为H19和Gtl2的2个重要的印记基因，将原本的雌性印记逆转为了雄性印记，一场针对细胞的“变性手术”就这样完成了。
　　经过性别逆转之后的细胞被再次注射进小鼠的卵母细胞中，“她们”最终突破了性别的束缚，获得了爱的结晶：成功地发育成为由两个雌性小鼠作为亲本的后代。

图3 小鼠胚胎显微注射（资料图）
　　西游记中神奇的“女儿国之水”如今已经被科学家们破解，哺乳动物的同性生殖已经在实验室中成为了现实，这是生殖领域另一个里程碑式的研究成果。
　　然而，由于我们对于哺乳动物印记基因的认识仍然有限，目前仅能够在实验室中实现雌性的生殖，距离雄性之间的生殖我们认为还很难实现。生命科学仍然如同浩瀚的宇宙一般神秘，科学家将继续带着我们一层层揭开关于生命的神秘面纱。

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