改寫(xiě)生命劇本的魔術(shù)手基 因編輯

本刊記者|柴 帆

改寫(xiě)生命劇本的魔術(shù)手基 因編輯

本刊記者|柴 帆

編輯，顧名思義是對(duì)文本的文字進(jìn)行刪除、添加、置換、改錯(cuò)之類的操作?；蚓庉媱t是將上述過(guò)程中的文字換成編碼基因的DNA序列，對(duì)基因序列進(jìn)行定點(diǎn)的、有明確目標(biāo)的改變。實(shí)踐表明，這一技術(shù)除了在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響外，在農(nóng)業(yè)科技的研究中，也顯示出巨大的應(yīng)用前景。

近日，生物學(xué)界多名學(xué)者對(duì)河北科技大學(xué)副教授韓春雨5月2日刊發(fā)在《自然·生物技術(shù)》的論文《NgAgoDNA單鏈引導(dǎo)的基因編輯工具》一文所提及的基因編輯技術(shù)NgAgo無(wú)法重復(fù)實(shí)驗(yàn)提出質(zhì)疑。從而將基因編輯技術(shù)這一實(shí)驗(yàn)室專屬名詞推到公眾面前，有關(guān)韓春雨研究是否可信已經(jīng)變成了一起熱點(diǎn)公眾事件。關(guān)于此次事件的真相，在學(xué)界得出確定的結(jié)論之前，我們不妨多一些耐心，讓“子彈再飛一會(huì)兒”。

基因編輯技術(shù)除了在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響外，在農(nóng)業(yè)科技的研究中，也顯示出巨大的應(yīng)用前景。

基于目前被廣泛應(yīng)用于試驗(yàn)的CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)，本文采訪了多名專家學(xué)者及國(guó)內(nèi)相關(guān)研究企業(yè)，就目前該項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究與發(fā)展進(jìn)行了跟蹤。

根據(jù)我們的生活經(jīng)驗(yàn)，蘑菇在采摘后，極易變黑和腐爛,而且蘑菇對(duì)磕碰極為敏感，即便我們小心翼翼地揀貨和包裝，也

難免激活那些加速蘑菇腐爛的酶。所以當(dāng)你走在大街上，突然有人給你一個(gè)蘑菇，并且告訴你這個(gè)蘑菇具備抵抗褐變的能力和擁有更長(zhǎng)時(shí)間的保質(zhì)期，你會(huì)不會(huì)認(rèn)為這個(gè)人是個(gè)說(shuō)胡話的瘋子？

科技的魅力之處就在于讓一切充滿未知和可能，如今，這種利用CRISPR Cas9基因編輯技術(shù)得到的工程化蘑菇已經(jīng)開(kāi)始種植并且售賣，美國(guó)農(nóng)業(yè)部目前并沒(méi)有對(duì)這種新型的CRISPR/Cas9基因編輯蘑菇進(jìn)行管制，這或許意味著這種新型蘑菇并不需要進(jìn)行監(jiān)管機(jī)構(gòu)的相關(guān)監(jiān)管程序來(lái)進(jìn)行培養(yǎng)和售賣，而首個(gè)CRISPR編輯的有機(jī)體或許已經(jīng)接到了美國(guó)政府的綠燈指示。

通過(guò)檢測(cè)的基因編輯水稻苗

通過(guò)檢測(cè)的基因編輯玉米苗

基因編輯長(zhǎng)久吸引著育種家們

看似天方夜譚的事情就這么真實(shí)的發(fā)生了，這一切都要?dú)w結(jié)于“基因編輯”這個(gè)新技術(shù)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員謝傳曉表示，基因編輯是指根據(jù)人工設(shè)計(jì)對(duì)受體目標(biāo)基因進(jìn)行插入、缺失、修改、替換等精確DNA修飾的定點(diǎn)定向突變技術(shù)。好比有人做了一個(gè)文本又對(duì)這個(gè)版本不太滿意，需要對(duì)上面的文字內(nèi)容進(jìn)行必要的刪除、添加、置換、改錯(cuò)之類的編輯?；蚓庉媱t是將上述編輯的對(duì)象換成了編碼基因的DNA序列，對(duì)其進(jìn)行定點(diǎn)的、有明確目標(biāo)的改變。

謝傳曉稱，與之前基于蛋白DNA定點(diǎn)識(shí)別的ZFN技術(shù)、TALEN技術(shù)以及早前的歸巢核酸酶技術(shù)不同，2012年基于RNA識(shí)別的CRISPR/Cas9技術(shù)的出現(xiàn)將基因編輯技術(shù)帶上了新的臺(tái)階，CRISPR/Cas9技術(shù)主要是基于細(xì)菌或古細(xì)菌的II型免疫系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的。當(dāng)外源病毒入侵時(shí)，宿主會(huì)將外源DNA的一段序列整合到CRISPR重復(fù)序列中形成間隔序列,相當(dāng)于“記錄”下有害外源侵入DNA“標(biāo)簽”，然后CRISPR轉(zhuǎn)錄表達(dá)與能行使DNA降解Cas蛋白DNA酶結(jié)合，特定的切割含有這種“標(biāo)簽”的外源DNA，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其免疫。根據(jù)這一基本原理，研究人員找到最簡(jiǎn)化的Cas9系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了基于RNA介尋的定點(diǎn)識(shí)別基因編輯技術(shù)。

CRISPR技術(shù)公開(kāi)發(fā)表后，國(guó)內(nèi)外一些科學(xué)家迅速投入技術(shù)及其應(yīng)用研究，并很快做出成果。以中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所研究員高彩霞為例，在2013年8月首次證實(shí)CRISPR/Cas9系統(tǒng)能夠用于植物的基因組編輯，并獲得了世界上第一株CRISPR編輯的植物；2014年利用TALEN和CRISPR/Cas9技術(shù)，獲得了對(duì)白粉病具有廣譜抗性的小麥。

基于基因編輯的基因敲除技術(shù)在基因編輯技術(shù)中屬于相對(duì)初步而簡(jiǎn)單的，比較容易實(shí)現(xiàn)。基因敲除技術(shù)在部分育種和生產(chǎn)上也具有重大應(yīng)用價(jià)值。以玉米糯性淀粉為例，謝傳曉表示，基因編輯敲除玉米的Waxy1基因即可導(dǎo)致玉米籽粒胚乳中淀粉為100%的支鏈淀粉，即糯性淀粉。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所正在研發(fā)玉米產(chǎn)量、株型、育性與雙單倍體育種技術(shù)等多個(gè)具有重大產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值的基因編輯產(chǎn)品，其中株型、育性等兩個(gè)方面技術(shù)產(chǎn)品已成熟，即將推出應(yīng)用。

基因編輯技術(shù)研究將開(kāi)發(fā)出更多精巧的魔術(shù)手法來(lái)定點(diǎn)定向改變農(nóng)作物物種的基因，并對(duì)遺傳育種技術(shù)與方法促成革命性的進(jìn)步，因?yàn)?，這項(xiàng)技術(shù)賦予了育種家對(duì)目標(biāo)基因?qū)崿F(xiàn)定點(diǎn)定向突變的技術(shù)能

力，改變了上萬(wàn)年農(nóng)業(yè)歷史上遺傳育種的方式，這一直是育種家孜孜以求的目標(biāo)。

技術(shù)的革命性讓企業(yè)趨之若鶩

現(xiàn)代營(yíng)銷學(xué)之父菲利普·科特勒說(shuō)：“營(yíng)銷的宗旨是發(fā)現(xiàn)并滿足需求”，消費(fèi)者需求的變化是引導(dǎo)企業(yè)發(fā)展的燈塔。北京大北農(nóng)生物技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱大北農(nóng)）的基因編輯技術(shù)研究從2012年開(kāi)始，如今已有四年的歷程。

生活中的大多數(shù)蔬菜都有自己劣質(zhì)屬性的一面，例如，土豆在削皮之后容易發(fā)生褐變，不易久放，炸出的薯?xiàng)l還經(jīng)常含有致癌物質(zhì)。而基因組編輯的土豆通過(guò)敲除引發(fā)褐變和形成致癌物質(zhì)的因子，從而實(shí)現(xiàn)了健康儲(chǔ)存的目的。大北農(nóng)基因組編輯實(shí)驗(yàn)室主任兼首席技術(shù)官楊進(jìn)孝博士告訴記者，大北農(nóng)的基因組編輯研究著眼于人類對(duì)優(yōu)質(zhì)、健康、大量的飼料和食品的迫切需求，除了高效基因組編輯技術(shù)研發(fā)，大北農(nóng)還已經(jīng)在香味優(yōu)質(zhì)大米、矮化玉米、抗倒水稻等作物改進(jìn)方面進(jìn)行了有益嘗試，在抗癌土豆、優(yōu)質(zhì)牧草、抗病種豬等方面，則在聯(lián)合國(guó)內(nèi)外專家進(jìn)行深入的研究探索。

“對(duì)于進(jìn)入檢測(cè)階段的材料，大北農(nóng)打算繼續(xù)深入研究，因?yàn)椴⒉皇悄愕碾p眼皮好看，就適用于每個(gè)人，只有大量的試驗(yàn)和測(cè)試，才會(huì)得出為個(gè)人量身定做的雙眼皮。所以只有當(dāng)前做大量的基因測(cè)試，讓產(chǎn)品細(xì)致周到，未來(lái)才有機(jī)會(huì)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?！睏钸M(jìn)孝說(shuō)，“這項(xiàng)技術(shù)是革命性的，是蒸汽機(jī)級(jí)別的發(fā)明，其對(duì)于醫(yī)療、疫苗、農(nóng)業(yè)和發(fā)酵工業(yè)等來(lái)都極具價(jià)值，這樣的機(jī)會(huì)十年也不會(huì)有一個(gè)，如果錯(cuò)過(guò)這次革命浪潮，整個(gè)中國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)可能就此在全球競(jìng)爭(zhēng)格局中被遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩掉。大北農(nóng)一直以‘報(bào)國(guó)興農(nóng)’為己任，我們的目標(biāo)是將基因編輯技術(shù)做到世界前沿，通過(guò)自身的不斷努力，帶動(dòng)中國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！?/p>

楊進(jìn)孝表示，基因編輯技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)化是很快的，從全球看，各大國(guó)際育種公司都在研究基因編輯技術(shù)，先鋒公司已經(jīng)有不受美國(guó)監(jiān)管的基因編輯產(chǎn)品問(wèn)世，目前進(jìn)入了測(cè)試階段。楊進(jìn)孝稱；“如果材料本身沒(méi)有出現(xiàn)特殊問(wèn)題的話，在未來(lái)三到五年的時(shí)間里將可能會(huì)有基因組編輯的產(chǎn)品大規(guī)模用于商業(yè)化用途?！?/p>

基因編輯技術(shù)未來(lái)路在何方

如今，基因編輯的熱潮在農(nóng)業(yè)育種領(lǐng)域已經(jīng)掀起一股狂潮，但是，風(fēng)口上的投資是需要衡量的。阿里巴巴和騰訊的背后倒下了一大批互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，未來(lái)，我國(guó)基因編輯該如何發(fā)展？政府、科研單位，企業(yè)該如何從自身出發(fā)為基因編輯技術(shù)謀取一個(gè)前程？

首先，政府是引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)企業(yè)發(fā)展的領(lǐng)頭羊，因此，對(duì)于新事物的出現(xiàn)和發(fā)展，在政策上不能貿(mào)然放開(kāi)不管，也不能嚴(yán)苛監(jiān)管?；蚓庉嫼突ヂ?lián)網(wǎng)行業(yè)很相似，當(dāng)阿里巴巴出現(xiàn)的時(shí)候，我們開(kāi)始很少使用亞馬遜。所以，國(guó)家應(yīng)該讓基因編輯恰當(dāng)?shù)匕l(fā)展起來(lái)，以便國(guó)外產(chǎn)業(yè)興起的時(shí)候，我們有抵抗外部產(chǎn)品的東西。

在我國(guó)，官方對(duì)通過(guò)基因編輯得到的農(nóng)作物一直保持著觀望態(tài)度，通過(guò)基因編輯生產(chǎn)出來(lái)的農(nóng)產(chǎn)品在我國(guó)前途未卜。楊進(jìn)孝稱：“我們國(guó)家在這方面的態(tài)度是積極而審慎的，相關(guān)部門已召開(kāi)多次會(huì)議討論‘基因編輯技術(shù)在法規(guī)和監(jiān)管方面該如何做’的問(wèn)題。如今，美國(guó)、加拿大、阿根廷等國(guó)家對(duì)于基因編輯的產(chǎn)品在放寬并逐漸認(rèn)可，就連一向監(jiān)管嚴(yán)格的瑞典政府也明確表示，對(duì)于已進(jìn)行基因組編輯的擬南芥不予監(jiān)管，英國(guó)、德國(guó)等歐盟國(guó)家可能將會(huì)是未來(lái)第二批有類似態(tài)度的國(guó)家，面對(duì)全球的競(jìng)爭(zhēng)，相信不久的將來(lái)，我們

國(guó)家的官方態(tài)度將會(huì)明確而科學(xué)。”

基因編輯技術(shù)和官方政策之間的矛盾相當(dāng)于生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系的矛盾，生產(chǎn)關(guān)系約束和管理生產(chǎn)力。但是，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，生產(chǎn)關(guān)系也會(huì)隨之發(fā)生改變?；蚓庉嫾夹g(shù)的前期研發(fā)需要很大一部分資金的支持，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，一般很難承擔(dān)這樣一筆巨額資金，所以，未來(lái)基因編輯技術(shù)的基金支持該如何規(guī)劃也是政府需要考慮的一大難題。

和文學(xué)作品一樣，基因編輯牽扯到很多的專利問(wèn)題，如何在尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)是國(guó)家未來(lái)需要思考的問(wèn)題。如今基礎(chǔ)專利都掌握在國(guó)外申請(qǐng)人手里，國(guó)家能否組織起來(lái)在更大的平臺(tái)上與國(guó)外談判，以便減輕我國(guó)技術(shù)研究的專利成本。

其次，科研單位作為技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造的主力，應(yīng)充分發(fā)揮其自身的作用，深入研究基因編輯技術(shù)。同時(shí)，與企業(yè)開(kāi)展合作，將科研成果實(shí)現(xiàn)有效轉(zhuǎn)化。消費(fèi)者對(duì)于基因編輯產(chǎn)品尚沒(méi)有深刻認(rèn)知，科研單位應(yīng)組織起來(lái)，向廣大消費(fèi)者科普相關(guān)知識(shí)，以免消費(fèi)者產(chǎn)生誤解。

最后，企業(yè)是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，基因編輯技術(shù)推廣工作的有效實(shí)施還是在企業(yè)方面。雖然基因編輯技術(shù)的前景光明，但是在目前階段，基因編輯技術(shù)的研究停留在了解決技術(shù)質(zhì)量和效率的難題上，以編輯文字為例，現(xiàn)在技術(shù)只能達(dá)到抹掉文字，而不能隨意改變文字。楊進(jìn)孝認(rèn)為，基因編輯技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是進(jìn)一步提高特異性、降低脫靶效率、拓展技術(shù)的實(shí)用性并進(jìn)一步降低技術(shù)門檻。因此，中國(guó)的企業(yè)現(xiàn)在還有很多的機(jī)會(huì)。技術(shù)的出現(xiàn)需要配套很多東西，如測(cè)試和分析平臺(tái)能否高度自動(dòng)化，人才管理和思想能否提升等，這也是未來(lái)諸多挑戰(zhàn)的一部分。

謝傳曉工作照。

對(duì)于領(lǐng)頭企業(yè)來(lái)說(shuō)，做革命的先行者，先投入部分資金鋪路，建立共享的平臺(tái)，以便團(tuán)結(jié)更多的人，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展；對(duì)于普通企業(yè)來(lái)說(shuō)，進(jìn)入基因編輯技術(shù)的研究領(lǐng)域，需要慎重考慮，遵循實(shí)事求是、開(kāi)放包容、合作共贏的理念。盡力而為，不應(yīng)盲目跟風(fēng)，有限進(jìn)入。用一種開(kāi)放的心態(tài)對(duì)待整個(gè)產(chǎn)業(yè)，未來(lái)的世界是合伙人的世界，只有大家明確自己的優(yōu)勢(shì)。尋找可靠的合作伙伴，取長(zhǎng)補(bǔ)短，聯(lián)合起來(lái)將蛋糕做大，基因編輯未來(lái)才會(huì)有更好的發(fā)展。

馬克思說(shuō)；“新事物是符合事物發(fā)展的客觀規(guī)律和前進(jìn)趨勢(shì)、具有強(qiáng)大生命力和遠(yuǎn)大前途的”。新事物產(chǎn)生之初，總是不完善的、弱小的，但它在與暫時(shí)強(qiáng)大的舊事物的斗爭(zhēng)中，最終會(huì)取得勝利。

基因組編輯，這個(gè)能夠改變生命劇本的魔術(shù)手，會(huì)帶給我們?cè)鯓拥奈磥?lái)？我們拭目以待。