小鼠基因操作的技术与应用

互联网2013-11-15

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过去科学家利用自然配种方法筛选产生具有特定性状的纯品系小鼠，并且发现部分基因的突变与缺失对生物体会产生显而易见的影响。例如白子小鼠是由于体内酪胺酸酵素发生突变，无法制造出黑色素，小鼠因而呈现纯白的毛色以及鲜红的眼睛。然而，能够藉由外表型态变化所找出来的功能基因毕竟有限，因此，成功地应用于小鼠的基因剔除技术便成为科学家研究基因功能的有利工具。

基因剔除技术的目的，在于针对单一基因进行破坏，使失去基因的生物体无法产生该基因的蛋白质，藉由实验与观察来预测基因可能具备的功能。剔除基因的实验原理，是把制作好的基因剔除载体以电破法方式，利用电流造成细胞膜通透性增加，使载体进入胚胎干细胞内，然后藉由 DNA 同源重组机制破坏染色体上正常的基因结构，而这些胚胎干细胞要如何长成一只独立小鼠呢？方法就在于将胚胎干细胞送回正常囊胚期胚胎，并且移入代理孕母的子宫内发育成长。

小鼠胚胎干细胞乃是从受精后第 3.5 天的囊胚取得。胚胎干细胞的特色，在于具有分化成为小鼠各种器官组织的潜力，却不能分化产生胎盘等胚胎外组织，因此无法像受精卵般在子宫内单独发育成小鼠。因此，要让体外培养的干细胞长成小鼠，必须把干细胞再一次送入囊胚之中，和寄主囊胚中的胚胎细胞混合，共同在代孕母鼠子宫内发育生长。小鼠出生后全身上下的各种组织就会由两种胚胎细胞共同混合组成，就像马赛克拼图一般，我们通称为嵌合鼠。

嵌合鼠配种后的第一代可以经由 DNA 检验以确认染色体对偶基因之一是否带有突变的基因，称为异型合子。再将两只同为异型合子的公母鼠互相配种，第二代有四分之一的机率能够产生同型合子的小鼠，这时小鼠体内所有细胞的对偶基因都带有突变，无法表现蛋白质。研究人员便能够观察小鼠在生长、发育、以及行为表现上所产生的异常，找出可能的原因机制。许多人类先天性的遗传疾病，与后天发展的疾病诸如：癌症、神经退化、老化等问题，科学家藉由改变小鼠遗传基因的实验也已经成功地产生同样的病征。这些研究不仅证实了疾病与基因的关联性，对于寻找有效的治疗方法也同样带来了许多贡献。