二 动物细胞工程

动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等。其中，动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。

动物细胞培养

许多动物细胞能够分泌蛋白质，如抗体等。但是单个细胞分泌的蛋白质的量是很少的，怎样才能获得大量的分泌蛋白呢？这就要借助于大规模的动物细胞培养了。

动物细胞培养所用的培养液(液体培养基)与植物组织培养所用的培养基的成分是不同的。动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。培养的动物细胞大都取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织。将组织取出来后，先用胰蛋白酶等使组织分散成单个细胞，然后配制成一定浓度的细胞悬浮液，再将该悬浮液放入培养瓶中，在培养箱中培养，这个过程称为原代培养 (如图)。细胞在培养瓶中贴壁生长。随着细胞的生长和增殖，培养瓶中的细胞越来越多，需要定期地用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中培养，这称为传代培养。

原代培养的细胞一般传至10代左右就不容易传下去了，细胞的生长就会出现停滞，大部分细胞衰老死亡。但是有极少数的细胞能够度过“危机”而继续传下去，这些存活的细胞一般能够传到40～50代，这种传代细胞叫做细胞株。细胞株细胞的遗传物质没有发生改变。当细胞株传至50代以后又会出现“危机”，不能再传下去。但是有部分细胞的遗传物质发生了改变，并且带有癌变的特点，有可能在培养条件下无限制地传代下去，这种传代细胞称为细胞系。

动物细胞培养技术的应用是多方面的。许多有重要价值的蛋白质生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等，都可以借助于动物细胞的大规模培养来生产。用取自烧伤病人皮肤的健康细胞进行培养，可以获得大量自身的皮肤细胞，为大面积烧伤的病人移植。培养的动物细胞还可以用于检测有毒物质。许多致畸、致癌物质加入培养液后，培养细胞会发生染色体结构和数目的变异。根据变异细胞占全部培养细胞的百分数，可以判断某种物质的毒性。现在动物细胞培养已经成为检测有毒物质的快速而灵敏的有效手段。医学家培养各种正常的或病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究，为治疗和预防疾病提供理论依据。

动物细胞融合

动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理是相同的，诱导融合的方法也相类似，动物细胞的融合还常常用到灭活的病毒作为诱导剂(如图)。很多不同种类的动物细胞之间或动物与人的细胞之间都能进行融合，形成杂种细胞，例如人—鼠、人—兔、人—鸡、人—蛙、鼠—鸡、鼠—兔、鼠—猴等的细胞都能进行融合。动物细胞融合技术最重要的用途，是制备单克隆抗体。

动物细胞融合技术的发展简史 19世纪30年代，科学家们相继在肺结核、天花、水痘、麻疹等疾病患者的病理组织中观察到多核细胞。19世纪70年代，科学家们在蛙的血细胞中也看到了多核细胞的现象，但是由于受当时科学技术发展水平的限制，人们对这一现象并没有给予足够的重视。1958年，日本科学家岗田用灭活的仙台病毒诱导人的腹水癌细胞融合成功。后来科学家们又成功地诱导了不同种动物的体细胞融合，并且能将杂种细胞培养成活。随着细胞融合技术的不断改进，现在这项技术已经广泛应用于细胞学、遗传学、免疫学、病毒学等多种学科的研究工作中。

单克隆抗体

长期以来，人们为了获得抗体，采用的是把某种抗原反复注射到动物体内，然后从动物血清中分离出所需抗体的方法。用这种方法获得的抗体，不仅产量低，而且抗体的特异性差，纯度低，反应不够灵敏。为了解决这一难题，科学家们进行了多年的研究和探索。科学家们发现，在动物发生免疫反应的过程中，体内的B淋巴细胞可以产生多达百万种以上的特异性抗体，但是每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。因此，要想获得大量的单一抗体，必须用单个B淋巴细胞进行无性繁殖，也就是通过克隆，形成细胞群，这样的细胞群就有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体——单克隆抗体。遗憾的是，在体外培养的条件下，一个B淋巴细胞是不可能无限增殖的。那么怎样才能获得单克隆抗体呢？

单克隆抗体的制备

阿根廷科学家米尔斯坦和德国科学家柯勒在前人工作的基础上，继续探索和尝试，并且充分发挥想象力，设计了一个极富创造性的实验方案。他们首先将抗原注射入小鼠体内，然后从小鼠脾脏中获得能够产生抗体的B淋巴细胞，与小鼠骨髓瘤细胞在灭活的仙台病毒或聚乙二醇的诱导下融合，再在特定的选择性培养基中筛选出杂交瘤细胞。由于杂交瘤细胞继承了双亲细胞的遗传物质，因此，它不仅具有B淋巴细胞分泌特异性抗体的能力，还有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的本领。他们培养杂交瘤细胞，从中挑选出能够产生所需抗体的细胞群，继续培养，以获得足够数量的细胞，在体外条件下做大规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖。这样，从细胞培养液或小鼠的腹水中，就可以提取出大量的单克隆抗体(如图)。

米尔斯坦和柯勒的工作于1975年获得了成功。由于他们的杰出工作，这两位科学家在1984年获得了诺贝尔生理学及医学奖。

单克隆抗体的应用 单克隆抗体的实验成功，不仅在生物学基础理论的研究中具有重要意义，而且在实践上也有很高的实用价值。单克隆抗体在疾病的诊断、治疗和预防方面，与常规抗体相比，特异性强，灵敏度高，优越性非常明显。国内外已有多种单克隆抗体实现商品化，制成单抗诊断盒，有的已投放市场。人们正在研究用单克隆抗体治疗癌症，就是在单抗上连接抗癌药物，制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在部位，既消灭了癌细胞，又不会伤害健康细胞。

哺乳动物的胚胎移植 哺乳动物如牛、羊等，妊娠时间长，每胎产子数少，繁殖速度比较慢。怎样才能加快优良种畜的繁殖速度呢？哺乳动物的胚胎移植技术，为畜牧业的发展带来了光明的前景。胚胎移植的过程是这样的：以优良种牛的繁殖为例，科学家们首先用激素促进良种母牛多排卵，然后把卵细胞从母牛体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理、可以接受胚胎植入的母牛子宫内，孕育成小牛产出。用这种方法得到的小牛叫做试管牛。利用胚胎移植技术可以使每头良种母牛一年繁殖牛犊上百头。许多国家都成立有商业性牛胚胎移植公司，开展牛胚胎国际贸易。除了牛之外，羊、兔、猪、马、猫等动物的胚胎移植也获得了成功。

一、选择题

1．动物细胞培养与植物组织培养的重要区别在于：[ ]

A．培养基不同； B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行；

C．动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能；D．动物细胞能够大量培养，而植物细胞只能培养成植株。

2．单克隆抗体与血清抗体相比，优越之处在于：[ ]

A．单克隆抗体能够制成“生物导弹”； B．单克隆抗体可以在体外制备；

C．单克隆抗体的特异性强，灵敏度高，产量也大大高于血清抗体；D．单克隆抗体的制备过程简单。

二、简答题

制备单克隆抗体时，为什么要选用B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？

核移植技术漫谈

鲫鱼和鲤鱼是两种常见的鱼。鲫鱼肉细味美，但个体小；鲤鱼生长迅速、个体大，但是肉质粗厚、味道差。如果能用这两种鱼杂交，培育出生长快、肉味美的杂种鱼，该多好啊！可是，鲫鱼和鲤鱼在分类学上分别属于不同的属，有性杂交很难获得成功，偶然得到的杂种鱼，雄鱼也没有生育能力，无法繁衍后代。20世纪70年代，我国科学家运用核移植技术，成功地解决了这一难题。他们用极细的玻璃管，从鲫鱼的未受精的卵细胞中吸出细胞核，再用同样的方法，从鲤鱼的囊胚细胞中吸出细胞核，然后把鲤鱼囊胚细胞的核移植入去核的鲫鱼未受精卵中。经过精心培育，这种特殊的组装细胞，终于长成了能在水中游动的小鱼。鲤鲫移核鱼兼有鲫鱼和鲤鱼的特点，并且具有正常的生殖能力。经广西壮族自治区南宁营养研究所鉴定，鲤鲫移核鱼的肌肉蛋白质含量比鲤鱼高3.78％，脂肪含量比鲤鱼低5.58％。在四川省双流县做的养殖实验表明，鲤鲫移核鱼的生长速率比鲤鱼快22％。这种鱼已在北京市、四川省、湖北省、湖南省和广西壮族自治区等地推广养殖。核移植实验不仅在鱼类获得了成功，在此之前，国外的科学家用两栖类做实验也获得了成功。科学家们用核移植的方法获得了克隆鱼和克隆两栖动物之后，在20世纪80～90年代，又陆续培育出了克隆牛、羊、兔、猴、小鼠等克隆哺乳动物。克隆动物不仅可以作为生物学和医学研究的实验动物，而且对于改良动物品种、治疗人类疾病、保护濒危动物等，都有重要的应用价值。核移植技术的发展前景是十分广阔的。