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iPS细胞的全能性被首次证明,我与上海的不解之

发布时间:2019-10-08 07:55编辑:科学浏览(72)

    曾凡一:爱科学,也爱音乐

    我生长在广东,但是命运却让我的一生与上海结下不解之缘。

    两代人接力“动物药厂” 两代人接力“动物药厂”为了让牛羊奶中“流出”的药物蛋白造福病患,曾溢滔院士一家倾注十几年心血矢志不渝

    核心提示: 国际权威科学杂志《自然》7月23日在线发表中国科学院动物研究所研究员周 国际权威科学杂志《自然》7月23日在线发表中国科学院动物研究所研究员周琪领导的研究组和上海交通大学医学院教授曾凡一领导的研究组共同完成的一项研究成果,我国科学家首次利用iPS细胞,通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠,从而在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性。 iPS细胞全称为诱导性多能干细胞,是由体细胞诱导而成的干细胞,具有和胚胎干细胞类似的发育多潜能性。2006年7月,日本科学家首次宣布发现了将小鼠皮肤细胞转化为多能干细胞的方法;2007年11月,美国和日本科学家将人类细胞诱导为iPS细胞,被《科学》杂志评为2008年世界十大科技进展之首。iPS细胞在生物和医学领域具有广阔的应用前景,有望成为实施再生医学和细胞治疗的重要细胞来源。iPS的研究突飞猛进,但是iPS细胞是否真正拥有与胚胎干细胞一样的全能性?是否能够真正与胚胎干细胞媲美呢?四倍体囊胚注射方法是目前国际上验证细胞是否具有全能性的“黄金标准”。这一方法是将胚胎干细胞注射进四倍体的小鼠早期胚胎,这种胚胎没有进一步发育能力,仅提供营养环境的胚胎,然后再移植入代孕母鼠体内,胚胎干细胞可以发育成正常的小鼠。但此前的研究发现,iPS细胞不能像胚胎干细胞一样通过四倍体囊胚注射发育成活体小鼠,iPS细胞注射后形成的小鼠胎儿在怀孕早期至晚期全部死亡,这些结果表明iPS细胞尚不具有全能性。周琪等制备了37株iPS细胞,利用其中6株iPS细胞系注射了1500多个四倍体胚胎,最终3株iPS细胞系获得了共计27个活体小鼠,经多种分子生物学技术鉴定,证实该小鼠确实从iPS细胞发育而成,有些小鼠现已发育成熟并繁殖了后代。这是世界上第一次获得完全由iPS细胞制备的活体小鼠,有力地证明了iPS细胞具有真正的全能性。这项工作为进一步研究iPS技术在干细胞、发育生物学和再生医学领域的应用提供了技术平台,将iPS细胞研究推进到了一个新的高度,成为中国科学家在这一国际热点研究领域所作出的一项重要贡献。

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    曾家家训:“假如我是他”。这是一种思维换位的艺术,也是一种不断进取、挑战自我的能力

    曾凡一 图片来源:百度图片

    在上海,我有幸师从谈家桢先生,开启了我的遗传学求学生涯。1976年那年我十七岁,是广东省仲恺农校二年级学生。有一次我读了科学出版社的《青岛遗传学座谈会纪要》一书,读到谈家桢在会上的发言,产生了到复旦大学跟随谈家桢教授学习遗传学的强烈愿望。于是我鼓起勇气,给谈先生去了一封信。没想到很快就收到了谈先生的回信,欢迎我报考复旦大学生物系。按国家当时的规定,中专毕业生必须接受国家统一分配,工作三年后才能报考高校,而且当年复旦大学仅限华东地区招生,是无法招收广东考生的。谈先生与广东和上海市高校招生委员会多方联系,使我终于有机会跨区报考并且以优异的成绩考入了复旦大学生物系,从此走上了遗传学研究之路。

    新春佳节,着名医学遗传学家、中国工程院院士曾溢滔和夫人黄淑帧教授,却“逼”着女儿离家休假。因为他们心疼女儿曾凡一实在太辛苦:不仅在上海交大医学院有自己的实验室,还帮父母打理松江的“动物药厂”。见缝插针,她还坚持自己的音乐爱好,去年年底在东方艺术中心开了个人演唱会。

    4岁半开始学习钢琴,5岁登台演出;在美国宾夕法尼亚大学攻读医学和理学双博士学位时,还修完了音乐专业的所有主课;科研成果2009年被美国《时代》周刊评为2009年世界十大医学突破之一;2010年获得第六届“中国优秀青年女科学家”称号。

    在上海,我遇到了黄淑帧医师,并喜结连理。1964年5月,在复旦大学校庆学术报告会上,我做了关于血红蛋白生化遗传的学术报告,上海市第六人民医院吴文彦主任听后联想到她曾遇到过一个呈显性遗传的紫绀病人,即派她的助手黄淑帧送来病人的血标本,我们应用当时先进的血红蛋白分子杂交技术,很快鉴定出这是一种血红蛋白M病,成为国内鉴定的第一种异常血红蛋白,也促使我和黄淑帧结为终生伴侣。从此我们一起合作攻克科研难关。我们的女儿曾凡一从小耳濡目染,对医学和生物产生了兴趣。她在美国宾夕法尼亚大学医学院获得医学和生物学双博士学位后,毫不犹豫地回国,和我们一起从事科研工作。2009年她与中科院动物所合作利用iPS细胞获得了具有繁殖能力的小鼠“小小”,首次证明了iPS细胞具有和胚胎干细胞相似的多能性。这项成果在国际权威杂志《自然》上发表后引起国内外强烈的反响,被美国《时代》周刊评为2009年世界十大医学突破之一。

    这一切的原动力,来自这个家庭科学与艺术相融相通的氛围,来自不断进取、挑战自我的家传精神。

    这些看似难以在一个人身上实现的成就,曾凡一却做到了。

    在上海,我和夫人黄淑帧创建了上海医学遗传研究所。1978年春,我受上海市卫生局委托,在上海市儿童医院筹办了一期医学遗传学习班,成立了上海医学遗传研究室。我们在血红蛋白化学结构与功能研究的基础上,开始基因诊断探索。我们在国内率先完成了各型地中海贫血、苯丙酮尿症、杜氏肌营养不良,血友病B,亨廷顿舞蹈症等遗传病的基因诊断和产前诊断,研究论文发表在《柳叶刀》等国际权威医学学术刊物上,奠定了研究室在遗传病基因诊断领域的学术地位。1990年,研究室改制为上海医学遗传研究所,研究领域逐步扩展到基因治疗、转基因动物制药、胚胎工程和干细胞研究。通过学科交叉、多学科合作,完成了奶牛性别决定基因SRY的克隆和性别控制;研制成功转基因羊和转基因牛,从而把研究所的研究工作引向基础和应用研究相结合,走上产学研结合的道路。我们的转基因羊和转基因牛科研成果先后两次被两院院士选为“中国十大科技进展”,干细胞研究被选为“中国十大基础研究新闻”。

    利用转基因技术,让牛羊等动物带上特定的人类基因,使它们的乳汁中富含可以治病救人的蛋白药物,是着名细胞生物学家施履吉教授在上世纪80年代提出的思路,曾溢滔院士则是忠实的践行者。

    以前谈到科学与艺术的结合,爱因斯坦和袁隆平拉小提琴的例子总是被反复提起。而当代科学家中却鲜有人能够兼顾二者,难怪有前辈感慨曾凡一的“横空出世”大大帮助了自己说服别人“科学和艺术无疆界”。

    科学是无止境的,最近我们又通过转基因牛、羊的奶汁来生产珍贵的药物和蛋白质,为国家创造巨大的经济效益。年轻的一代遗传所人在曾凡一所长的带领下继续砥砺前行。

    “经过十几年的努力,我们已经培育出了多种转基因奶牛,乳汁中的药物蛋白含量也有大幅提高。”曾溢滔说,这样生产的药物蛋白,成本仅为基因工程的万分之一。而这些珍贵的药物蛋白的市场售价,往往高达1克数千甚至几万美元——实现产业化,将为更多病人带来福音。

    1968年1月出生的曾凡一,自小成长在一个科研之家。她的父亲曾溢滔是中国工程院院士、遗传学专家,长期从事人类遗传性疾病的防治以及分子胚胎学的研究,母亲黄淑帧则是上海交通大学儿童医院的终身教授,曾荣获“新世纪巾帼发明家奖”“新中国60年上海百位突出贡献杰出女性”等荣誉称号。

    上海,承载了我一生的追求和愿望。立足上海,辐射长三角,放眼全国,走向世界,从一个产品的研发到一代产业的升级,进而引领生物医药行业的跨跃式发展,这是我们几代人努力和为之奋斗的目标。有人问我哪来的劲儿,其实我只是具备了一个科学家所应有的品德。

    1998年2月9日,带有人凝血因子IX基因整合的转基因羊在曾溢滔的“动物药厂”诞生;1999年2月19日,能在乳汁中分泌人白蛋白的转基因牛“滔滔”诞生。这两个消息,轰动了中国乃至世界医学界。

    曾凡一很小便开始与父母一起吃住在实验室,穿着白大褂跟在父母身后充当“小小科学家”。做实验的时候,她有一次加错了样品,本来以为闯了大祸,没想到歪打正着,父母借着她的错误反倒发现了新的试验方法。这让曾凡一体会到了科研的乐趣:原来,科学新发现很多其实都是从偶然事件中来的。

    维持一个拥有500头羊、数百头牛,以及配备一流细胞生物学研究设备的牧场,费用十分庞大。而探索未知的科研之路漫漫,成功希望似明又灭,如山路般起伏回转。曾溢滔夫妇坚信,终有一天“动物药厂”会走上产业化的康庄大道。

    中学时代,曾凡一跟着父母参加了当时世界上最大规模的血红蛋白病普查工作,涉及全国29个省、市、自治区,42个民族,100多万人。每天上山下乡采集血液样品,曾凡一深刻感受到了病人的苦痛。用科学解除病人疾苦的理想在她心里生根发芽,在父母的鼓励下,曾凡一最终决定去往美国深造。

    “我和夫人年纪都大了,女儿凡一也有志从事这个领域的科研,她将继续为‘动物药厂’努力。”他说。

    1988年,曾凡一到美国留学,在圣地亚哥大学专修生物专业,用3年时间完成了4年的课程。随后前往宾夕法尼亚大学攻读医学、理学双博士,并成为宾夕法尼亚大学第一位获得医学和理学双博士学位的中国留学生。

    曾凡一教授2005年获得美国宾夕法尼亚大学医学/理学双博士学位,担任过两届国家973项目首席科学家、获得过首届第三世界女青年科学家奖和中国青年女科学家奖。她在科学界的成就,早已十分引人瞩目。除了在医学遗传所的科研工作,曾凡一在上海交大医学院还负责一个课题组,位于松江的“动物药厂”早几年她就开始介入管理,她还有自己的爱好——玩音乐。

    在宾夕法尼亚大学读书的过程中,曾凡一曾申请休学一年,除了参与国内的科研工作外,更重要的是为了音乐创作。她在北京待了一年多,录制了个人演唱专辑,拍摄了音乐电视,先后两次获得中央电视台MTV大赛特别荣誉奖等奖项。

    去年年底,她在东方艺术中心举办了个人演唱会,其中有三首歌曲由她自己创作。“她唱的爵士乐韵味之纯正,中国没几个人可与之相比。”着名音乐批评家、上海音乐学院教授王勇曾如此评说她的演唱。

    之后,曾凡一在中、美两国举办多场独唱音乐会。在她看来,音乐是帮助她走出实验室同社会深度接触的工具。“音乐对我搞科研影响是非常大的。现在的年轻人,包括我的学生,都是比较直线的思维,读书就一直读下去,思路不开阔。”曾凡一这样定义自己的音乐事业。

    这位从小跟着父母在实验室长大的女孩,也从父母那里接受了科学与艺术相融相通的理念:父亲总在家画油画、写小说和做木匠活儿,而母亲则是弹琴、唱歌。她每周都坐在父母自行车后座去一位钢琴家朋友的家里学弹钢琴,还去另一位舞蹈家阿姨家中学舞蹈。当时,一家三口还在简陋的家中拉起窗帘,造出一个暗室,冲洗照片。在曾凡一看来,艺术的感觉可以启发科学的思维,而科学使她从另一个角度欣赏和追求艺术,艺术使她的科学道路更加完善。

    曾凡一主要从事的是遗传和发育生物学研究,与她的父母一脉相承。1998年开始,科学家对于胚胎干细胞的研究实现了一个质的飞跃。曾凡一很自然地深入到胚胎干细胞的研究。

    这与传统“子承父业”的故事版本似乎一致,却又有不同——曾凡一的选择,完全出自她自己的意愿。因为曾溢滔秉持的理念是换位思考,挑战自我。熟悉曾溢滔的人知道,“假如我是他”是他常挂在嘴边的口头禅。这种方式促使他无时无刻不在思索、学习和提高。他曾在给攻读双博士学位的曾凡一的信中写道:“总结我几十年的经验,觉得这是一种很好的自我学习和锻炼的方式。你可以用这种办法试试当教授、当校长,还可以试试当议员、当总统。这是你的自由和权利,也是自我培养、自我提高的有效手段。”

    2009年,曾凡一带领的研究团队和中科院动物所周琪研究员的团队合作,在世界上首次成功地用诱导性多能干细胞“制造”出具有繁殖能力的小鼠“小小”,有力证明了iPS具有真正的全能性。

    秉承这一家训,曾凡一在攻读博士学位时,决定休学两年,回国内乐坛发展。曾溢滔夫妇尊重了女儿的选择。曾凡一说,这段时光非常宝贵,它让自己走向社会,学会了沟通、与人打交道。使她深深感受到,社会的各个方面,如科学、艺术、实业、教育等,其实是相辅相成、互相影响和促进的。这也帮助她在后来的科学道路上走得更加顺畅。

    曾凡一在接受采访时谦虚地表示:“给小鼠起名‘小小’,是希望我们能在这个很大的领域里迈出小小的一步。”但这小小的一步,正是全世界范围内重要的一步,在医学界引起很大反响,被美国《时代》周刊评为2009年世界医学十大突破之一,也入选了2009年中国十大基础研究和中国十大科技进展。

    《中国科学报》 (2014-10-17 第12版 视界)

    曾凡一:开个人演唱会的女首席科学家

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