跟我读：将有角公牛的野生型无角基因序列换成无角牛的突变型无角基因序列……

你知道吗？随着科学的发展，

基因工程技术、体细胞克隆技术、

干细胞技术和基因编辑技术等

新的生物技术不断涌现，

科学家通过不断创新和不懈努力，

创造出一大批具有重大价值

和应用前景的高科技动物，

一次次突破人们对生命的认知，

又让人们感受到：

这些神奇的动物给

人类健康带来了巨大希望。

这一回，就让我们一起来看看

“牛魔王”身上发生了哪些科学故事吧！

哞哞哞……

为牛敲掉个基因

疯牛病是上世纪80年代在英国爆发的一种致敏性传染病，因病牛会表现出步态不稳、平衡失调、瘙痒、烦躁不安等症状，因此被称为疯牛病。后来，科学家发现，疯牛病是由一种特殊的“病毒”侵袭牛的中枢神经系统引发的，病牛的脑组织变得像海绵一样，里面呈空泡状，因此又叫牛海绵体脑病。

这种病毒叫朊病毒，它与普通的病毒有很大的区别，一般病毒都是由蛋白质外壳包裹着遗传物质的，病毒的蛋白质外壳负责侵入动物细胞并释放其遗传物质，遗传物质则会利用动物细胞来繁殖新的病毒。

不过，朊病毒则只是一种结构发生变异的蛋白质，并不含有遗传物质。这种蛋白质叫做朊蛋白，人和高等动物的体内几乎都含有结构正常的朊蛋白，但是一旦有少量的朊蛋白空间结构发生某种错误折叠，这些结构异常的朊蛋白会结合正常的朊蛋白，诱导后者也发生类似的结构变异，表现出和病毒一样的自我复制能力。这种结构异常的朊蛋白也被称作朊病毒，会在脑组织内大量聚集，引发疯牛病症状。

要知道，朊病毒传染性非常高，死亡率几乎达到了100%。由于人们对疯牛病并不了解，一些英国的饲料加工厂甚至将病牛的骨粉加入饲料中，加快了疯牛病在欧洲乃至全球的传播。

最可怕的是，朊病毒不仅会感染牛，还会感染人类。一旦人食用了病牛的牛肉、牛奶等产品，就可能导致大脑损害，患者变得震颤、痴呆，最后因大脑严重损伤而死亡。

随着基因工程技术的发展，有科学家提出设想，如果想法将牛编码朊蛋白的两个等位基因全部破坏，让其无法在牛体内合成朊蛋白，这些牛就不会感染朊病毒了。科学家将把某个基因破坏、从而无法正常合成蛋白质的过程，称为基因敲除。

20世纪90年代，瑞士苏黎世大学的科学家发现，小鼠朊蛋白结构发生变异后，也会患上类似疯牛病症状的瘙痒症。不过，如果小鼠的朊蛋白基因被破坏后，即使接触到从瘙痒症小鼠体内分离的朊病毒，这些基因敲除小鼠也不会感染瘙痒症，而且它们的生长发育、繁殖性能等方面都没有受到不利影响——这项研究表明，敲除朊蛋白基因有望消除疯牛病的病根。

受到这一实验的启发，日本和美国科学家合作，首先从一头荷斯坦奶牛胎儿皮肤组织培育出牛的细胞，利用连续基因敲除技术，获得基因敲除细胞，该细胞的两个朊蛋白基因都无法合成朊蛋白。科学家将这些细胞的核移植到其他奶牛的卵母细胞中，培育出克隆胚胎，再将克隆胚胎移植到代孕母牛体内孕育，生出的小牛就是朊蛋白基因被敲除的奶牛。

研究人员发现，这些基因敲除奶牛与普通奶牛在生长发育、健康状况、繁殖性能等方面没什么差别。这表明朊蛋白基因被破坏后，即使不能合成朊蛋白，也不会对奶牛产生不利影响。进一步研究发现，朊病毒在基因敲除奶牛的脑组织中并没有繁殖，这说朊蛋白基因敲除牛能够有效抵御朊病毒的传播。

当牛不再有角

牛角曾是野牛、特别是公牛抵御野兽攻击的重要武器，大约500-1000年前，一些牛发生基因突变，不能长出牛角，似乎随时有被淘汰的危险。不过，随着现代养牛业的发展，牛角容易对牛和养牛人造成伤害。育种学家也开始培育无角牛品种。世界著名的肉牛品种安格斯牛，就是无角牛的代表，最常见的荷斯坦奶牛中，也有6%的牛天生不长角。

理论上，根据遗传规律，如果将无角奶牛与有角奶牛杂交，然后选留无角的后代，经过一代代的选留，后代中的无角牛就会越来越多，逐渐把有角牛淘汰掉，这就会培育出一个无角的奶牛新品种。然而，人们在选育无角奶牛的时候，发现它奶产量提高得并不理想，而奶牛育种最先考虑的就是奶产量。

而另一边，科学家发现，无角牛的第一号染色体上有一段基因序列，与有角牛同一位置基因序列存在显著差别，这或许是牛能否长角的关键基因。这段基因序列被动物遗传学家称为无角基因。

其中，普通牛身上的为野生型无角基因，而无角牛身上的序列则为突变型无角基因。科研人员利用基因编辑技术，将有角公牛的野生型无角基因序列换成无角牛的突变型无角基因序列（咖啡师知道比较拗口，多读两遍吧……），并利用体细胞克隆技术获得了两头小公牛，10个多月后，它们没有长出牛角，表明这种基因替换可以培育出无角的牛。

这项技术较好地满足了养牛人对于无角牛的需求，既降低了养殖成本，也不会给牛带来痛苦，同时还消除了动物保护主义者的担忧。

此外，这项技术也和转基因技术不同，只是将一段在一群牛身上自然存在的基因序列引入另一群牛的体内，并没有转入其他物种的基因。而将一些优良基因序列从不同品种集中到一个品种，也是杂交育种技术长久以来追求的目标。

鹦鹉螺工作室

作者 ｜ Bryce

图片 ｜ 东方IC

编辑 ｜ 郜阳