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　　日前，世界首批胚胎干细胞基因编辑克隆牛在河北培育成功。

　　这是世界上首次将胚胎干细胞基因编辑技术系统应用于奶牛育种，实现了特定遗传性状的定向、高效改良，大幅缩短了育种周期，是我国动物生物育种领域的重大突破。

　　这些克隆牛是如何出生的，它们的出生又意味着什么？ 

2025年12月29日拍摄的胚胎干细胞基因编辑克隆牛。河北日报记者常方圆摄

　　打造奶牛育种的“超级种子细胞”

　　“它叫‘庄庄’，出生于2025年9月16日晚上8点，是世界首批胚胎干细胞基因编辑克隆牛中出生最早的。”2025年12月29日，石家庄天泉良种奶牛有限公司奶牛场，董事长李树静指着一头牛宝宝说。

　　包括“庄庄”在内的胚胎干细胞基因编辑克隆牛目前共存活11头。从外观上看，它们体格健壮、毛色相同，与奶牛场的普通牛犊并无明显差别。然而，“庄庄”和小伙伴们的出生，却悄然打开了动物生物育种领域一扇新的大门。

　　“这是世界上首次将胚胎干细胞基因编辑技术系统应用于奶牛育种，实现了特定遗传性状的定向、高效改良，大幅缩短了育种周期，是我国动物生物育种领域的重大突破。”奶牛育种专家、中国农业大学孙东晓教授说。

　　对“庄庄”的出生，李树静等待了2年半。

　　2023年3月，河北首批“揭榜挂帅”科技项目之一——荷斯坦奶牛特色基因编辑与核移植生产种用胚胎技术攻关项目正式启动。天泉公司制定技术榜单，中国农业大学韩建永教授团队、河南创源生物技术有限公司刘红波博士团队等组团“挂帅”、共同攻关。

　　2年半，在奶牛育种领域堪称飞速。

　　牛为单胎动物，妊娠期平均280天，自然繁殖情况下，母牛通常在2岁多才能产下第1头犊牛。若采用传统育种方式，奶牛选育周期要长达数十年。“庄庄”能快速问世，得益于项目团队成功将胚胎干细胞打造成了育种过程中的“超级种子细胞”。

　　克隆技术对大众而言不算陌生。1996年，绵羊“多莉”克隆成功，实现了大型哺乳动物的无性繁殖，轰动世界。“多莉”是通过传统体细胞克隆技术培育的，而这种技术在实际应用中存在一定局限性。

　　“因为体细胞扩增能力有限，体细胞克隆存在编辑效率有限及传代不稳定等问题。胚胎干细胞可在体外进行无限传代，只增殖不分化，利用这一特点，能从根源上解决传统基因编辑克隆技术的瓶颈。”韩建永说。

　　早在1981年，英国科学家就成功提取了小鼠的胚胎干细胞。不过，哺乳动物的胚胎干细胞分离和建系难度非常大，国内外科学家一直试图建立稳定的、可长期传代的大家畜胚胎多能干细胞系，始终未获成功。

　　细胞系，指原代细胞传代成功后所繁殖形成的细胞群。在育种过程中，细胞系可源源不断地提供遗传背景一致、性状稳定的干细胞“种子”，为后续的基因编辑、胚胎移植等步骤提供充足材料。

　　2021年，韩建永教授团队历经10年，建立了目前世界上家畜胚胎干细胞传代次数最多、可进行多次基因编辑操作的猪胚胎干细胞系，一举攻克了大家畜胚胎干细胞建系与多能性维持的世界级难题，为此次奶牛胚胎干细胞建系提供了经验。

　　“在此前的研究中，我们找到了在猪的胚胎发育中起重要作用的信号通路，并研发出可对其进行抑制的培养基，其中的关键技术和思路，在对牛胚胎干细胞的研究中同样发挥了关键作用。”韩建永说，项目启动后仅数月，团队便初步建立了奶牛胚胎干细胞系，且如预期所愿，奶牛胚胎干细胞可以耐受多次基因编辑、定点整合等操作，很顺利获得了精准编辑的干细胞。

　　此后，项目攻关的接力棒由韩建永教授团队传递至刘红波博士团队，由后者负责进行克隆胚胎生产。刘红波博士团队已有10余年克隆胚胎生产经验，但项目进展也并非一帆风顺。

　　“这次生产克隆胚胎仅依赖体细胞克隆的体系就不够了，还要精准适配基因编辑后的胚胎干细胞的独特属性。”刘红波说，从细胞系到克隆胚胎，并非简单的技术交接，而是一场需要紧密协作、反复调整的协同战。

　　针对克隆胚胎生产过程中出现的问题，韩建永教授团队对胚胎干细胞系进行多次重塑，刘红波博士团队也对克隆技术进行了系统性重构，最终令干细胞培养体系与克隆操作体系精准匹配，获得了发育潜能满足要求的克隆胚胎。 

2025年12月29日，石家庄天泉良种奶牛有限公司实验室，技术人员用显微镜筛选胚胎。河北日报记者常方圆摄

　　用“分子手术刀”定制“人乳化牛奶”

　　2025年12月29日，天泉公司实验室，技术人员正用显微镜筛选胚胎。显微镜下，桑葚状的胚胎在培养液中静静悬浮。

　　天泉公司作为国家级奶牛核心育种场，建有我国最大的奶牛活体采卵—体外受精（OPU-IVF）胚胎生产基地，年生产牛体内胚胎约3万枚，占全国总数85%以上。

　　“我们融合全基因组分子育种技术、胚胎生物技术、智能化管理技术等，应用到奶牛日常繁殖全过程，以实现牛群高产、优质、高效的目标。”李树静说。

　　在刘红波看来，新技术正在改变畜牧业的发展模式。“人类对动物的管理从宏观的个体、群体水平，开始深入到微观水平，也就是从细胞水平、胚胎水平和基因水平对动物个体和群体实现精准管控。”他说，尤其在精准繁育方面，从基因层面实现动物的选种选配，从细胞或胚胎层面实现动物群体的一代改良，可让畜牧业从凭经验养殖转向“按需求定制”，实现跨越式发展。

　　“庄庄”和小伙伴们的出生，带来了一种新的可能。

　　“我们编辑插入了人源β-酪蛋白、人源乳铁蛋白基因，这批胚胎干细胞基因编辑克隆牛长大后，可直接产人乳化的牛奶。”韩建永说，经第三方权威机构鉴定，所有克隆犊牛均来源于同一胚胎干细胞系，且携带正确的基因编辑位点。

　　β-酪蛋白、乳铁蛋白是人乳中的关键营养因子，但其在牛奶中的含量和结构有所不同，这在一定程度上限制了牛奶对婴幼儿营养的完美替代，也蕴藏着奶业转型升级的突破口。

　　母乳和牛奶中的β-酪蛋白的基因蛋白序列相似度仅为50%，这会导致人体消化吸收、免疫应答等存在差异，使一些孩子出现消化不良、过敏等问题。而人乳铁蛋白和牛乳铁蛋白有30%的氨基酸序列不同，且人初乳中乳铁蛋白的含量是牛奶的10倍，单纯的牛奶制品并不足以补充乳铁蛋白，因此许多奶粉配方会额外添加乳铁蛋白。但因提取技术受国外封锁，我国生产高端奶粉所需的乳铁蛋白，90%依赖进口，且售价堪比黄金。

　　“若能成功找到‘人乳化牛奶’的生产路径，或将开辟出一条价值跃升的全新产业赛道。”李树静说，这正是天泉公司制定榜单、启动项目的初衷所在。

　　基因编辑技术和分子标记技术如同一把“分子手术刀”，能对特定的基因进行精准删除、插入或替换，从而使目标物种获得特定的生物学性状，这为推动牛奶成分向人乳精准升级提供了技术路径。

　　项目中，韩建永教授团队进行了两次定点基因插入操作，并采用绿色荧光蛋白进行分子标记，保证了基因编辑过程的效率与效果。

　　“我们建立的奶牛胚胎干细胞系传代次数达到100代，获得的干细胞充足、稳定。”韩建永说，基因编辑操作精细复杂，需在体外进行长时间操作，胚胎干细胞在体外能稳定传代且依然保持多能性的优势，可让基因编辑的效率更高且保证多次连续基因编辑。而通过系统编辑多个功能性基因，有望推动牛奶在多个维度上更精准地模拟人乳成分。

　　按照这一设想，一幅无限可能的未来图景正在展开。

　　“长期以来，我国奶牛种质资源主要依赖国外。加快奶牛种质资源繁育，是推动乳品产量和质量双重提升的关键。胚胎干细胞加基因编辑的技术突破，有望成为突破奶牛育种瓶颈的有效手段。”韩建永说，项目形成的技术体系还可用于靶向编辑抗病、产奶等基因，有望培育出更多具有自主知识产权的高产、抗病、优质牛种质新材料或新品种，为保障国家肉奶供给奠定技术和材料基础。 

　　2025年12月20日，韩建永（左）、刘红波（中）、李树静（右）查看世界首批胚胎干细胞基因编辑克隆牛发育情况。河北日报记者王璐丹摄

　　从胚胎到小牛的“生死闯关” 

　　“饲喂时间8时43分、牛奶温度39.5摄氏度、饲喂量3.2升……”2025年12月29日上午，天泉公司克隆牛饲养群内，奶牛场工作人员发来了最新饲喂信息。作为奶牛场里的“明星宝宝”，“庄庄”和小伙伴们的饮食起居得到了工作人员的精心呵护。

　　世界首批胚胎干细胞基因编辑克隆牛的顺利出生，汇聚了产学研协同攻关的力量，不仅有韩建永教授团队、刘红波博士团队的前沿突破与技术支撑，也离不开天泉公司在胚胎移植环节的精细化生产管理。

　　项目中，刘红波博士团队共制备200枚胚胎干细胞基因编辑克隆胚胎，天泉公司准备100多头受体牛，分多次完成了85枚新鲜克隆胚胎及38枚冷冻克隆胚胎移植。这一过程中，既小心谨慎，也果敢创新。

　　常规胚胎移植后，会在第30天、60天、200天对受体牛进行3次B超孕检。为更精准地监测妊娠情况并提前干预潜在风险，在胚胎干细胞基因编辑克隆胚胎移植后，天泉公司在第120天时又增加了一次孕检。

　　“和常规胚胎移植不同，我们发现胚胎干细胞基因编辑克隆胚胎移植后，第30天、60天的妊娠率能保持较高水平，但到第120天时，会出现流产率升高的情况。”李树静说，克隆胚胎的发育过程存在未知的特殊性，克隆牛培育过程不能照搬常规管理模式，天泉公司组建了专业兽医团队，准备了供氧机等多种设备，以应对各种突发状况。

　　临近第一批受体牛预产期，难题出现了。

　　2025年9月5日，距预产期还有2周多时间，一头受体牛出现早产，最终难产死亡。

　　由于克隆牛胎儿较正常胎儿大，难产是接生时常常遇到的问题。出现难产致死问题后，项目团队紧急评估情况，结合多方专家意见，李树静做出决定：对其余受体牛进行剖腹产，时间定在2025年9月20日。

　　2025年9月16日，“庄庄”顺利出生，当天还有一头受体牛也因难产死亡。考虑到“庄庄”各项生理指标正常、发育状况良好，为避免增加不必要的风险，李树静果断决定将剖腹产时间提前至9月17日。

　　就这样，最终有23头受体牛进行了剖腹产手术，产下24头小牛，其中包括一对双胞胎。

　　所有小牛出生后，均接受了全面体检，受到精心照顾。一系列科学管护措施取得了显著成效：胚胎干细胞基因编辑克隆胚胎移植后60天妊娠率达48.75%，分娩率达30.00%，新生犊牛24小时成活率为70.83%；首批基因编辑克隆牛已超过4月龄，当前成活率为45.83%。项目各项数据达到世界先进水平。

　　“项目以产学研用深度融合的创新模式，打破行业技术壁垒，让科研成果尽快走出实验室，转化成现实生产力。”李树静说，接下来，他们将在省科技厅和省农业农村厅指导下，继续优化奶牛精准生物育种技术体系，提高基因编辑效率、克隆胚胎发育能力和移植成活率，为产业化应用做好准备。（河北日报记者常方圆、王璐丹）

2025年12月20日拍摄的胚胎干细胞基因编辑克隆牛。河北日报记者王璐丹摄

　　记者手记

　　创新发展，要多些“揭榜挂帅”式的好机制

　　“大大超出预期。”2025年12月29日，石家庄天泉良种奶牛有限公司奶牛场，中国农业大学教授韩建永查看世界首批胚胎干细胞基因编辑克隆牛后说：“项目启动时，没敢想这么快、这么顺利就能克隆出小牛来。”

　　此前，韩建永教授团队在进行猪胚胎多能干细胞建系研究时，就曾在胚胎移植过程中遇到难题。“大动物的胚胎移植影响因素太多了。”韩建永说，在此前的研究中，团队经历了多次失败，多次寻求合作团队。

　　对于此次胚胎干细胞基因编辑克隆牛的顺利出生，韩建永认为其得益于“揭榜挂帅”项目机制。

　　“这是河北首批‘揭榜挂帅’科技项目之一，也是我们三方首次参与‘揭榜挂帅’。”天泉公司董事长李树静说，公司以胚胎干细胞基因编辑育种技术为手段，以人乳化奶牛育种为目标制定了技术榜单，吸引了韩建永教授团队与河南创源生物技术有限公司刘红波博士团队前来揭榜。根据分工，韩建永教授团队负责建立奶牛胚胎干细胞系，编辑插入人源β-酪蛋白、人源乳铁蛋白基因；刘红波博士团队对克隆技术进行系统性重建，生产克隆胚胎；天泉公司对胚胎进行移植，实现快速扩繁。

　　这样的组合可谓是强强联合、优势互补——韩建永教授团队曾突破家畜胚胎多能干细胞建系国际难题，刘红波博士团队已有克隆胚胎生产10余年的经验，天泉公司则是国家级奶牛核心育种场。

　　“‘揭榜挂帅’平台有助于精准识别并高效聚合各环节的高手，推动项目顺利实施。”李树静说。

　　企业出题、政府张榜、能者揭榜，“揭榜挂帅”将最合适的团队组合到一起，形成从源头创新到产业落地的完整闭环。天泉公司制定的榜单，有高难度与强转化的双重属性，直指我国奶牛种业长期依赖进口的“卡脖子”问题，瞄准的是“人乳化牛奶”这一极具市场潜力的前沿赛道。正因为难度大，才需要人才挂帅出征；正因为转化性强，企业才敢投入真金白银。这种以市场需求为导向、以解决问题为评价标准的机制，融通产学研用生态，实现了创新链与产业链的深度融合。

　　推动科技创新实现更多“从0到1”的突破和“从1到N”的转化，需要更多这样直面真问题、汇聚真英才、创造真价值的好办法。构建支持全面创新的体制机制，要敢于破除束缚创新的藩篱，让创新要素自由流动、高效配置，真正把科技成果转化为现实生产力，为高质量发展注入源源不断的澎湃动能。（文/河北日报记者常方圆）