❶ 5月week2: 單細胞測序技術將徹底改變整個生物科學
Single-cell sequencing-based technologies will revolutionize whole-organism science
全文鏈接： https://www.nature.com/articles/nrg3542
生物體有成千上萬種細胞類型，有多種方法可以從生物體組織中分離出單個的細胞。（主要分為隨機和靶向分離兩種）
從實體組織中分離單個細胞關鍵兩步：
第一步，（單個細胞）通常是用酶解的方式把離體或者活體分解成單個的細胞；
第二步，單個的細胞必須在單個的反應器中進行裂解和進一步的分析。
四種方式獲得單個細胞及其優缺點（Table 1）：
顯微操縱（精密控制）（micromanipulation）
熒光激活的流式分選：flow sorting using fluorescence-activated cell sorting (FACS)
激光捕獲顯微切割（Laser Capture Microdissection，LCM）
http://www.tj3zx.cn/system/2016/06/27/012259863.shtml
微流體技術（microfluidic device）
最初，人們認為同一個個體不同的細胞具有完全相同的基因組的觀點證明是錯誤的。體細胞分裂時DNA的復制不可能絕對精確無誤-引起體細胞突變。體細胞突變從受精卵階段開始積累，這些突變具有很高的幾率賦予我們身體中的每個細胞具有獨特的基因組特徵。體細胞獨特的基因組信號可以構建精度很高的細胞譜系。人類生物學和醫學中尚未解決的核心問題實際上是關於人類細胞譜系樹的問題：它在發育，生長，更新，衰老和疾病中的結構，動力學和變異性。完全了解每個細胞中積累的獨特體細胞突變將允許我們以極高的精度重建細胞譜系樹。
Cell lineage reconstruction of cancer will elucidate its development.
細胞譜系重建癌症將闡明其發展。癌症患者通常不會死於腫瘤的發生，而是死於癌症轉移。然而，盡管進行了數十年的研究，關於轉移灶起源於何處的關鍵問題尚未得到徹底的闡述（圖2）。轉移癌細胞的來源癌症病灶中的任何一個細胞還是來自於不腫瘤亞克隆？或是來自於腫瘤幹細胞？或者是轉移來自腫瘤細胞和正常移動的巨噬細胞融合形成的雜合體？化療後癌症復發余或碼的原因，可能是普通腫瘤細胞隨機逃避化療引起的？癌細胞譜系對解答這些問題至關重要。
早期的實驗分析了每個細胞中的幾個關鍵標記。在最近的一個例子中，通過熒光原位雜交（FISH）測定單個細胞中多達8個染色體畸變及其組合的發生率，來研究了急性淋巴母細胞白血病的異質性和腫瘤起源。這使得在癌症進展過程中可以分析亞克隆結構。最近，使用數百個單核的測序產生個體乳腺癌細胞的近似拷貝數分布，從而重建腫瘤群體結構團隱和進化歷史。在另一項研究中，對患有骨髓增生性腫瘤的患者的全外顯子組進行單細胞測序，以重建腫瘤祖細胞並識別出候選驅動突變。
使用二代測序構建的體細胞突變譜系示蹤，已經在體內大量細胞群體中得到了證實，但對於單個細胞尚無報道。且bulk測序不能顯示，關於突變或畸變的不同組合的准確信息，解決此類問題有待構建癌細胞的單細胞譜系分析
雖然，現在對細胞群體的DNA進行測序已經變得很容易，但對來自單細胞的DNA進行測序仍然是一個挑戰。盡管最近通量有所提高，獲得足夠深度的多個單細胞測序分析的成本仍然很高，這已經成為限制大規模應用單細胞基因組學，轉錄組學和表觀基因組豎哪學的阻力。
單細胞轉錄組學
The molecular state of cell populations
細胞群的分子狀態
給定異質細胞群，測量關鍵因子的平均值，例如基因型，RNA輸出或目標基因座的表觀遺傳狀態，僅提供系統狀態的部分表徵。不幸的是，用於量化細胞群的分子狀態的大多數方法，從轉錄分析到蛋白質組學，是基於通過平均單個細胞的信號來估計數百萬個細胞的集合中的平均行為。例如，不可能基於微陣列或RNA測序（RNA-seq）數據確定基因表達的細胞間差異，或確定信號蛋白的中間水平是否是雙峰或均勻種群內的結果。基於標准蛋白質組學的分布。超越基於平均值的細胞群表徵需要在不同尺度上平衡采樣細胞的數量和功能覆蓋的完整性（表2）。
單細胞轉錄組的應用
單細胞轉錄組學的應用。單細胞轉錄組學的一個主要應用是分析稀有細胞類型。例如，可以從患者血液中獲得循環腫瘤細胞，但是通常每個血液樣品僅分離少量細胞，並且這些細胞通常會被更多數量的正常細胞污染。單細胞RNA-seq可用於區分這些細胞類型，同時從腫瘤中獲得表達數據。類似地，根據定義，早期人類胚胎僅包含稀有細胞類型，其僅存在於瞬時。關於早期發展的關鍵問題可以使用轉錄組學來解決。在這種情況下，轉錄組學具有能夠使用序列多態性（例如，SNP）來區分衍生自兩個親本基因組中的每一個的轉錄物的優點。另一個將從單細胞轉錄組學中獲益的領域是成體幹細胞的研究，這種幹細胞通常很少見，有時只是短暫存在，並且可以與其他細胞類型混合。然而，通過使用單細胞RNA-seq，可以簡單地通過從組織中取無偏倚的細胞樣品來廣泛地采樣每種細胞類型。單個細胞的大小，形態，發育起源和功能特性差別很大。然而，盡管在某些特定情況下取得了進展，但我們目前對細胞類型，其起源，進化和多樣性的理解程度。
單細胞轉錄組學之路
通往單細胞轉錄組學的道路。盡管單分子DNA72,73,74和RNA92測序取得了進展，但尚不可能直接從單細胞中測序RNA。目前，RNA需要轉化為cDNA並進行擴增，這必須以最小的損失實現，並且不會引入太多的定量偏差。
在單細胞轉錄組實驗中存在幾種雜訊源。全局（即，影響細胞中RNA的總量）和局部（例如由於共調節或大規模染色質修飾）存在生物學波動。還存在技術噪音，例如由於移液誤差，溫度差異，測序深度的差異，PCR擴增偏差和逆轉錄效率的差異。重要的是要認識到單細胞轉錄組分析也是單分子分析，因為許多基因僅在每個細胞的少數mRNA分子中表達。
單細胞表觀組和蛋白組
顯然，細胞的基因組和轉錄組僅捕獲其部分狀態，並且細胞的大部分功能由其表觀基因組和蛋白質組決定，這增加了群體中細胞的多樣性。單細胞轉錄組學的另一個應用領域是轉錄波動的表徵。 RNA含量的動態變化與循環過程相關，例如細胞分裂和晝夜節律的細胞周期。其他波動是隨機的，反映了轉錄是由許多概率步驟組成的離散過程的事實。通過細胞分裂時細胞內容的不均勻分配引入了進一步的異質性。大量單細胞的直接轉錄組分析應該開啟對未受干擾的細胞群中振盪和隨機調節過程的研究。在假定相同的細胞群中，可以鑒定多組共同調節的基因。每組必須是功能過程的一部分，例如振盪器或隨機過程。
單細胞是生命的基本單位。因此，單細胞分析不僅僅是更進一步地邁向更敏感檢測，而且是對生物學更基本原理理解質的飛躍。在這里，我們描述了基於單細胞測序分析的最新進展。這些進展包括單個細胞的基因組和轉錄組測序，我們預測很快就可以在數千甚至數百萬個細胞中的核酸完成全基因組測序。此外，我們也描述了如何將細胞現象轉換為基於DNA序列的讀數。例如，可以通過ChIP-seq將諸如組蛋白修飾的表觀基因組標記轉化為DNA信號。類似地，蛋白質修飾和相互作用可通過鄰近連接測定法轉化為DNA信號。
DNA測序的海量信息及其不斷增長的勢頭，意味著許多不同的細胞現象可轉化為DNA讀出。這種融合的結果應該允許多種模態的綜合測量。這種整合的可行性已經在基因組學和轉錄組學分析中得到證實，並且同時分析單細胞中的DNA，RNA和蛋白質可用於定量描述分子生物學的中心法則。盡管單細胞分析方法正在快速發展，但在單細胞整合分析中同時分析多種特性仍待開發。細胞特性之間的生化差異導致分析它們的方法需要改變。並有待開發通用性的單細胞多特性分析測量。這種整合單細胞遺傳，表觀遺傳，轉錄和蛋白質組學的分析方法（圖1），將允許構建多個分子標記之間的關系，無偏見的識別復雜細胞群結構，直接或間接表徵其之間的因果關系。開發復雜的單細胞遺傳分析方法可以更好地理解這些細胞特性，並重新定義「細胞類型」的概念。這種整合的可行性已經在基因組學和轉錄組學分析中得到證實。
最後，在發育過程中單個細胞的突變的積累，可以用於推斷每個細胞的祖細胞。雖然細胞命運圖描述了特定狀態下細胞的下一潛在狀態，但並不能獲得它們的精確譜系關系。相比之下，使用體細胞突變重建細胞譜系樹，不但能獲得細胞間的譜系關系，還可以提供它們祖細胞的狀態信息。我們預計，對單細胞進行的綜合分析將為推動小鼠和人類等高等生物研究發展提供動力。如果采樣細胞的狀態 - 由它們的轉錄組和表觀基因組決定，並且可由它們的蛋白質組進一步增強 - 構成重建細胞譜系樹的葉子，那麼可以精確的知道，其祖細胞的狀態；由譜系樹內部節點可以形式化為數學模型。這將允許擴展重建范圍來描述其狀態改變的動態，並將細胞譜系樹與細胞命運整合在一起。
高等生物的細胞譜系樹可以回答人類生物學與醫學中的許多開放性問題，並且有可能將醫學轉變為個性化的診斷和治療。大約十年前，就有人提出，單細胞基因組學的發展可能會開啟「人類細胞譜系項目」，並以重建整個人類細胞譜系樹為目的。我們相信，對單細胞測序技術的回顧和發展將是我們更接近使實現這一目標，並將徹底改變整個有機體科學。
❷ 克隆技術對人類歷史的發展有什麼影響
克隆技術即無性繁殖技術。通常的有性生殖是由雌雄交配，精子和卵子結合發育成胚胎，經妊娠後產出新的個體。克隆技術不需要雌雄交配，不需要精子和卵子的結合，只需從動物身上提取一個單細胞，用人工的方法將其培養成胚胎，再將胚胎植入雌性動物體內，就可孕育出新的個體。這種以單細胞培養出來的克隆動物，具有與單細胞供體完全相同的特徵，是單細胞供體的「復製品」。英國英格蘭科學家和美國俄勒岡科學家先後培養出了「克隆羊」和「克隆猴」。克隆技術的成功，被人們稱為「歷史性的事件，科學的創舉」。有人甚至認為，克隆技術可以同當年原子彈的問世相提並論。
克隆技術可以用來生產「克隆人」，可以用來「復制」人，因而引起了全世界的廣泛關注。對人類來說，克隆技術是悲是喜，是禍是福？唯物辯證法認為，世界上的任何事物都是矛盾的統一體，都是一分為二的。克隆技術也是這樣。如果克隆技術被用於「復制」像希特勒之類的戰爭狂人，那會給人類社會帶來什麼呢？即使是用於「復制」普通的人，也會帶來一系列的倫理道德問題。如果把克隆技術應用於畜牧業生產，將會使優良牲畜品種的培育與繁殖發生根本性的變革。若將克隆技術用於基因治療的研究，就極有可能攻克那些危及人類生命健康的癌症、艾滋病等頑疾。克隆技術猶如原子能技術，是一把雙刃劍，劍柄掌握在人類彎山手中。人類應該採取聯合行動，避免「克隆人」的出現，使克隆技術造福於人類社會。
英國科學家培育出克隆羊「多莉」，震撼了世界。但是，科學家對克隆技術的認識遠沒有完結。他們普遍認為，克隆技術還存在很大風險。截止目前，已有越來越多的證據表明，克隆健康的動物遠比想像的更為困難。這不能不令人擔心動物克隆技術的安全性問題。
3月25日美國各大媒體援引科學家的話說，現有克隆動物技術已經出現許多嚴重問題，包括克隆動物發育遲緩、心肺存在缺陷、免疫系統功能不健全等。一些從事動物克隆技術研究的專家以及生物學家在接受媒體采訪時表示，克隆技術安全性風險並不在於某個特定的程序或是克隆動物發育出現錯誤，而在於克隆技術過程似乎會使個別基因的表達出現差錯，這些差錯在生命發展過程中將造成一些無法逆轉的問題。尤其嚴重的是，動物每次克隆過程均無法避免基因變異問題。科學家進一步解釋說，動物克隆技術是將成年動物的體細胞，植入一個已經被去掉細胞核的卵細胞中，卵細胞會重新復制原成年細胞的基因，並使其控制胚胎發育，進而借腹形成胎兒，最後誕生一個基因與原提供細胞的動物完全相同的新生命。科學家認為，沒有人知道卵細胞如何重新復制原成年細胞的基因，這是克隆技術可能出錯的關鍵原因。
美國麻省理工學院的生物學家羅特夫·詹里斯說，在自然情況下，精子必須經過幾個月才能成熟，期間其基因功能也會重新「設定」，卵細胞也會經歷類似過程。這一過程必須完美無缺，否則個別基因將會出錯，導致後代發育畸形。
與自然生殖過程相比，克隆過程中的卵細胞必須在幾分鍾或數小時內，完成通常要花幾個月或幾年才能完成的「任務」。有關分子生物學的試驗顯示，克隆技術人為地凳激加快動物自然生殖過程，在很多基因復制時出現微妙的錯誤，造成胚胎停止發育或因克隆動物的基因變異，而在其誕生後產生許多生理問題。科學家表示，「多莉」羊是克隆技術的一個特例，並不代表克隆技術安全或是沒有風險。此前，科學家曾取消對克隆動物會過早衰老的擔心。「多莉」羊目前生長健康，但科研人員還是不得不將它與其他羊分開飼養，並幫助它「減肥」。繼「多莉」羊後，克隆鼠、克隆牛、克隆豬等先後問世，甚至克隆鼠出現第6代復製品。首次克隆出老鼠的美國夏威夷大學生物學家柳町隆造曾表示，一些克隆鼠生長過快，變成肥胖鼠，或是通常肺發育不正常。美國得州A－M大學的克隆專家韋斯金說，克隆牛誕生時常出現心棗鬧襪、肺發育缺陷問題。更為關鍵的是，目前的克隆技術引發的安全性問題還在於克隆技術成功率低。科學家表示，目前整個動物克隆技術的平均成功率不到3％。克隆牛的成功率只有1％。柳町隆造說，雖然克隆鼠的培育率相對高一些，但由於克隆胚胎經常出現遺傳發育問題，其成活率很低，只有2％－3％。目前的克隆動物技術使人對其安全性心有餘悸，而此前個別科學家提出利用現有克隆技術來克隆人，可能會發生何種情況，更是令人不寒而慄。雖然目前克隆人引起的爭議主要集中在倫理道德方面，但科學家指出，真正的問題是在於克隆人可能會出現基因變異，導致克隆人出現致命的生理問題。正像詹里斯博士所說：「克隆人是不顧後果的、不負責任的行為。」
克隆技術研究現狀
一、克隆的早期研究
克隆一詞是英文單詞clone的音譯，作為名詞，c1one通常被意譯為無性繁殖系。同一克隆內所有成員的遺傳構成是完全相同的，例外僅見於有突變發生時。自然界早已存在天然植物、動物和微生物的克隆，例如：同卵雙胞胎實際上就是一種克隆。然而，天然的哺乳動物克隆的發生率極低，成員數目太少（一般為兩個），且缺乏目的性，所以很少能夠被用來為人類造福，因此，人們開始探索用人工的方法來生產高等動物克隆。這樣，克隆一詞就開始被用作動詞，指人工培育克隆動物這一動作。
目前，生產哺乳動物克隆的方法主要有胚胎分割和細胞核移植兩種。克隆羊「多莉」，以及其後各國科學家培育的各種克隆動物，採用的都是細胞核移植技術。所謂細胞核移植，是指將不同發育時期的胚胎或成體動物的細胞核，經顯微手術和細胞融合方法移植到去核卵母細胞中，重新組成胚胎並使之發育成熟的過程。與胚胎分割技術不同，細胞核移植技術，特別是細胞核連續移植技術可以產生無限個遺傳相同的個體。由於細胞核移植是產生克隆動物的有效方法，故人們往往把它稱為動物克隆技術。
採用細胞核移植技術克隆動物的設想，最初由漢斯·施佩曼在1938年提出，他稱之為「奇異的實驗」，即從發育到後期的胚胎（成熟或未成熟的胚胎均可）中取出細胞核，將其移植到一個卵子中。這一設想是現在克隆動物的基本途徑。
從1952年起，科學家們首先採用青蛙開展細胞核移植克隆實驗，先後獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年，我國童第周教授領導的科研組，首先以金魚等為材料，研究了魚類胚胎細胞核移植技術，獲得成功。
哺乳動物胚胎細胞核移植研究的最初成果在1981年取得——卡爾·伊爾門澤和彼得·霍佩用鼠胚胎細胞培育出發育正常的小鼠。1984年，施特恩·維拉德森用取自羊的未成熟胚胎細胞克隆出一隻活產羊，其他人後來利用牛、豬、山羊、兔和獼猴等各種動物對他採用的實驗方法進行了重復實驗。1989年，維拉德森獲得連續移核二代的克隆牛。1994年，尼爾·菲爾斯特用發育到至少有120個細胞的晚期胚胎克隆牛。到1995年，在主要的哺乳動物中，胚胎細胞核移植都獲得成功，包括冷凍和體外生產的胚胎；對胚胎幹細胞或成體幹細胞的核移植實驗，也都做了嘗試。但到1995年為止，成體動物已分化細胞核移植一直未能取得成功。
二、克隆羊「多莉」的意義和引起的反響
以上事實說明，在1997年2月英國羅斯林研究所維爾穆特博士科研組公布體細胞克隆羊「多莉」培育成功之前，胚胎細胞核移植技術已經有了很大的發展。實際上，「多莉」的克隆在核移植技術上沿襲了胚胎細胞核移植的全部過程，但這並不能減低「多莉」的重大意義，因為它是世界上第一例經體細胞核移植出生的動物，是克隆技術領域研究的巨大突破。這一巨大進展意味著：在理論上證明了，同植物細胞一樣，分化了的動物細胞核也具有全能性，在分化過程中細胞核中的遺傳物質沒有不可逆變化；在實踐上證明了，利用體細胞進行動物克隆的技術是可行的，將有無數相同的細胞可用來作為供體進行核移植，並且在與卵細胞相融合前可對這些供體細胞進行一系列復雜的遺傳操作，從而為大規模復制動物優良品種和生產轉基因動物提供了有效方法。
在理論上，利用同樣方法，人可以復制「克隆人」，這意味著以往科幻小說中的獨裁狂人克隆自己的想法是完全可以實現的。因此，「多莉」的誕生在世界各國科學界、政界乃至宗教界都引起了強烈反響，並引發了一場由克隆人所衍生的道德問題的討論。各國政府有關人士、民間紛紛作出反應：克隆人類有悖於倫理道德。盡管如此，克隆技術的巨大理論意義和實用價值促使科學家們加快了研究的步伐，從而使動物克隆技術的研究與開發進入一個高潮。
三、近3年來克隆研究的重要成果
克隆羊「多莉」的誕生在全世界掀起了克隆研究熱潮，隨後，有關克隆動物的報道接連不斷。1997年3月，即「多莉」誕生後1個月，美國、中國台灣和澳大利亞科學家分別發表了他們成功克隆猴子、豬和牛的消息。不過，他們都是採用胚胎細胞進行克隆，其意義不能與「多莉」相比。同年7月，羅斯林研究所和PPL公司宣布用基因改造過的胎兒成纖維細胞克隆出世界上第一頭帶有人類基因的轉基因綿羊「波莉」（Polly）。這一成果顯示了克隆技術在培育轉基因動物方面的巨大應用價值。
1998年7月，美國夏威夷大學Wakayama等報道，由小鼠卵丘細胞克隆了27隻成活小鼠，其中7隻是由克隆小鼠再次克隆的後代，這是繼「多莉」以後的第二批哺乳動物體細胞核移植後代。此外，Wakayama等人採用了與「多莉」不同的、新的、相對簡單的且成功率較高的克隆技術，這一技術以該大學所在地而命名為「檀香山技術」。
此後，美國、法國、荷蘭和韓國等國科學家也相繼報道了體細胞克隆牛成功的消息；日本科學家的研究熱情尤為驚人，1998年7月至1999年4月，東京農業大學、近畿大學、家畜改良事業團、地方（石川縣、大分縣和鹿兒島縣等）家畜試驗場以及民間企業（如日本最大的奶商品公司雪印乳業等）紛紛報道了，他們採用牛耳部、臀部肌肉、卵丘細胞以及初乳中提取的乳腺細胞克隆牛的成果。至1999年底，全世界已有6種類型細胞——胎兒成纖維細胞、乳腺細胞、卵丘細胞、輸卵管／子宮上皮細胞、肌肉細胞和耳部皮膚細胞的體細胞克隆後代成功誕生。
2000年6月，中國西北農林科技大學利用成年山羊體細胞克隆出兩只「克隆羊」，但其中一隻因呼吸系統發育不良而早夭。據介紹，所採用的克隆技術為該研究組自己研究所得，與克隆「多莉」的技術完全不同，這表明我國科學家也掌握了體細胞克隆的尖端技術。
在不同種間進行細胞核移植實驗也取得了一些可喜成果，1998年1月，美國威斯康星一麥迪遜大學的科學家們以牛的卵子為受體，成功克隆出豬、牛、羊、鼠和獼猴五種哺乳動物的胚胎，這一研究結果表明，某個物種的未受精卵可以同取自多種動物的成熟細胞核相結合。雖然這些胚胎都流產了，但它對異種克隆的可能性作了有益的嘗試。1999年，美國科學家用牛卵子克隆出珍稀動物盤羊的胚胎；我國科學家也用兔卵子克隆了大熊貓的早期胚胎，這些成果說明克隆技術有可能成為保護和拯救瀕危動物的一條新途徑。
四、克隆技術的應用前景
克隆技術已展示出廣闊的應用前景，概括起來大致有以下四個方面：（1）培育優良畜種和生產實驗動物；（2）生產轉基因動物；（3）生產人胚胎幹細胞用於細胞和組織替代療法；（4）復制瀕危的動物物種，保存和傳播動物物種資源。以下就生產轉基因動物和胚胎幹細胞作簡要說明。
轉基因動物研究是動物生物工程領域中最誘人和最有發展前景的課題之一，轉基因動物可作為醫用器官移植的供體、作為生物反應器，以及用於家畜遺傳改良、創建疾病實驗模型等。但目前轉基因動物的實際應用並不多，除單一基因修飾的轉基因小鼠醫學模型較早得到應用外，轉基因動物乳腺生物反應器生產葯物蛋白的研究時間較長，已進行了10多年，但目前在全世界范圍內僅有2例葯品進入3期臨床試驗，5～6個葯品進入2期臨床試驗；而其農藝性狀發生改良、可資畜牧生產應用的轉基因家畜品系至今沒有誕生。轉基因動物製作效率低、定點整合困難所導致的成本過高和調控失靈，以及轉基因動物有性繁殖後代遺傳性狀出現分離、難以保持始祖的優良勝狀，是制約當今轉基因動物實用化進程的主要原因。
體細胞克隆的成功為轉基因動物生產掀起一場新的革命，動物體細胞克隆技術為迅速放大轉基因動物所產生的種質創新效果提供了技術可能。採用簡便的體細胞轉染技術實施目標基因的轉移，可以避免家畜生殖細胞來源困難和低效率。同時，採用轉基因體細胞系，可以在實驗室條件下進行轉基因整合預檢和性別預選。在核移植前，先把目的外源基因和標記基因（如LagZ基因和新黴素抗生基因）的融合基因導入培養的體細胞中，再通過標記基因的表現來篩選轉基因陽性細胞及其克隆，然後把此陽性細胞的核移植到去核卵母細胞中，最後生產出的動物在理論上應是100％的陽性轉基因動物。採用此法，Schnieke等（Bio Report，1997）已成功獲得6隻轉基因綿羊，其中3隻帶有人凝血因子IX基因和標記基因（新黴素抗性基因），3隻帶有標記基因，目的外源基因整合率高達50％。Cibelli（Science，1997）同樣利用核移植法獲得3頭轉基因牛，證實了該法的有效性。由此可以看出，當今動物克隆技術最重要的應用方向之一，就是高附加值轉基因克隆動物的研究開發。
胚胎幹細胞（ES）是具有形成所有成年細胞類型潛力的全能幹細胞。科學家們一直試圖誘導各種幹細胞定向分化為特定的組織類型，來替代那些受損的體內組織，比如把產生胰島素的細胞植入糖尿病患者體內。科學家們已經能夠使豬ES細胞轉變為跳動的心肌細胞，使人ES細胞生成神經細胞和間充質細胞和使小鼠ES細胞分化為內胚層細胞。這些結果為細胞和組織替代療法開辟了道路。目前，科學家已成功分離到人ES細胞（Thomson等1998，Science），而體細胞克隆技術為生產患者自身的ES細胞提供了可能。把患者體細胞移植到去核卵母細胞中形成重組胚，把重組胚體外培養到囊胚，然後從囊胚內分離出ES細胞，獲得的ES細胞使之定向分化為所需的特定細胞類型(如神經細胞，肌肉細胞和血細胞），用於替代療法。這種核移植法的最終目的是用於幹細胞治療，而非得到克隆個體，科學家們稱之為「治療克隆」。
克隆技術在基礎研究中的應用也是很有意義的，它為研究配子和胚胎發生，細胞和組織分化，基因表達調控，核質互作等機理提供了工具。
五、克隆技術存在的問題
盡管克隆技術有著廣泛的應用前景，但離產業化尚有很大距離。因為作為一個新興的研究領域，克隆技術在理論和技術上都還很不成熟，在理論上，分化的體細胞克隆對遺傳物質重編（細胞核內所有或大部分基因關閉，細胞重新恢復全能性的過程）的機理還不清楚；克隆動物是否會記住供體細胞的年齡，克隆動物的連續後代是否會累積突變基因，以及在克隆過程中胞質線粒體所起的遺傳作用等問題還沒有解決。
在實踐中，克隆動物的成功率還很低，維爾穆特研究組在培育「多莉「的實驗中，融合了277枚移植核的卵細胞，僅獲得了「多莉」這一隻成活羔羊，成功率只有0.36％，同時進行的胎兒成纖維細胞和胚胎細胞的克隆實驗的成功率也分別只有1.7％和1.1％，即使是使用「檀香山」技術，以分化程度較低的卵丘細胞為核供體，其成功率也只有百分之幾。
此外，生出的部分個體表現出生理或免疫缺限。以克隆牛為例，日本、法國等國培育的許多克隆牛在降生後兩個月內死去；到2000年2月，日本全國已共有121頭體細胞克隆牛誕生，但存活的只有64頭。觀察結果表明，部分犢牛胎盤功能不完善，其血液中含氧量及生長因子的濃度都低於正常水平；有些牛犢的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常發育；克隆動物胎兒普遍存在比一般動物發育快的傾向，這些都可能是死亡的原因。
即使是正常發育的「多莉」，也被發現有早衰跡象。染色體的未端被稱為端粒，它決定著細胞能夠分裂的次數：每一次分裂端粒都會縮短，而當端粒耗盡後細胞就失去了分裂能力。1998年，科學家發現「多莉」的細胞端粒比正常的要短，即其細胞處於更衰老的狀態。當時認為，這可能是用成年綿羊的細胞克隆「多莉」造成的，使其細胞具有成年細胞的印記，但這一解釋目前受到了挑戰，美國馬薩諸塞州的醫生羅伯特·蘭扎等用培養的衰老細胞克隆牛，得到6頭小牛，出生5～10個月後發現這些克隆牛的端粒比普通同齡小牛要長，有的甚至比普通新生小牛的端粒還長。現在還不清楚這一現象的原因，也不清楚為何與「多莉「的情況有巨大差別。但這一實驗說明，在一些情況下克隆過程能改變成熟細胞的分子鍾，使其「恢復青春」，關於這種變化對克隆動物壽命的影響，還有待於進一步觀察。
除了以上的理論和技術障礙外，克隆技術（尤其是在人胚胎方面的應用）對倫理道德的沖擊和公眾對此的強烈反應也限制了克隆技術的應用。但幾年來克隆技術的發展表明，世界各科技大國都不甘落後，誰也沒有放棄克隆技術研究。這一點上英國政府的態度非常具有代表性，在1997年2月底宣布中止對「多莉」研究小組投資後不到1個月，英國科技委員會就對克隆技術發表專題報告，表明英國政府將重新考慮這一決定，認為盲目禁止這方面的研究並不是明智之舉，關鍵在於建立一定的規范利用它為人類造福。