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    《財經》|基因組編輯育種的前途

    2015-06-24 08:09 | 作者: 孫滔 | 標簽: 基因組編輯

    提要:對基因組編輯育種的監管估計不可避免,相比轉基因監管是否會放松,可能會相機而行

    繼2015年4月,中山大學研究人員利用基因組編輯技術除去了人類胚胎中的一個突變基因后,5月,全球知名期刊《自然》(Nature)稱,美國國家科學院(NAS)和國家醫學院(NAM)宣布,將推出重大的舉措為人類基因組編輯技術制定指導準則。

    基因組編輯技術,是近年科學界的明星技術,它實現了在生物體基因組水平上進行精確地敲除、插入或置換,意味著人類可按意愿改寫DNA,也因此引發巨大的倫理道德爭議。

    核心技術門檻的降低,往往意味著某個行業即將迎來爆發期,比如智能手機的風起云涌。

    此前,由于技術壁壘與監管成本高昂,轉基因育種幾乎壟斷在以孟山都公司為首的幾個大公司手中;而基因組編輯技術應用于種子培育,不僅少了幾分改寫人類DNA的顧忌,而且這一新的育種技術降低了準入門檻,使一些小公司、校辦企業也有了進入的機會。

    不過,轉基因作物始終面臨著嚴厲監管,同樣作為基因工程,基因組編輯育種技術的產物,是否也面臨一樣的命運?如果改變監管策略,又需要如何調整?

    是不是轉基因育種?

    上述一連串的發問,其實指向同一個問題,基因組編輯育種是否應被視作轉基因育種?

    被看好的基因組編輯技術,主要有核酸酶 (ZFNs)、TALE核酸酶(TALENs),以及CRISPR/Cas系統,原理都是在DNA靶位點產生雙鏈斷裂,之后進行末端連接或同源重組,以修復損傷的DNA。

    其中,CRISPR/Cas系統是最新的技術,它不像另外兩種技術那樣靠蛋白來識別目標,而是靠核糖核酸(RNA)來識別,操作更簡捷,應用范圍更大。

    美國一家小公司Calyxt有一個新突破,它利用TALEN技術使土豆耐冷藏,并可減少烹飪時產生的致癌物質。技術原理是,通過降低土豆中天門冬酰胺和單糖的含量,不讓切開的土豆變黑和減少高溫烹飪時產生的致癌物質丙烯酰胺。

    TALEN技術由TALE蛋白DNA結合域和核酸酶兩部分融合而成,這相當于一場觀察員尋找定位、狙擊手攻擊的游戲,TALE蛋白DNA結合域負責靶序列的特異性識別,而核酸酶負責靶位點的切割。

    麥當勞等快餐企業的薯條供應商辛普洛特的轉基因土豆,也于2014年11月得到美國農業部批準,它同樣可以減少土豆擦傷變黑,并在烹飪過程中降低丙烯酰胺的產生。

    兩種土豆的品質類似,但區別在于,辛普洛特土豆嵌入了野生土豆中的基因片段,并采用RNA干擾技術讓負責編碼特定酶的基因不再表達,Calyxt土豆則只是剔除了土豆本身的基因,沒有插入任何外源基因。

    檢測無法發現Calyxt土豆與傳統土豆的差別,因為,基因組編輯技術無需引入外源基因,直接可在作物自身基因組上進行操作,與自然突變或物理、化學誘變的機理一樣,因此,分子檢測無法區分基因組編輯獲得的植物突變體與常規突變體。而轉基因育種時外源基因的嵌入位置有隨機性,需要大量的篩選來獲取目標性狀。

    這就是基因組編輯育種不同于轉基因育種的重要原因。

    那么,前者可以替代轉基因育種嗎?

    基因組編輯技術至少現在還不能完全替代傳統轉基因技術,比如,因為Bt基因來源自細菌,基因組編輯尚無法實現在作物自身基因組上產生Bt基因。

    日本茨城大學農學院教授刀川(Masashi Tachikawa)介紹,一部分人認為基因組編輯育種應按非轉基因植物對待,其比轉基因更天然,環境風險較??;另一部分認為基因組編輯對基因組重新配置,同時技術門檻的降低會加大環境風險,因此需要更加嚴格。站在中間路線的人則認為應保持現狀,然后再逐步減輕或加強,而操作精準度增加并不會降低風險。

    “我受監管嗎?”

    美國農業部認定Calyxt土豆不在轉基因法規監管內。2014年8月28日,美國農業部動植物衛生檢驗局回復Calyxt公司咨詢稱,該土豆有別于傳統的轉基因作物,最終產品不含有任何外源的遺傳物質,農業部對于轉基因作物的管理條例不再適用,因此不受相關條文(即《生物技術監管協同框架》)管理。

    自2011年7月至2014年11月,美國農業部動植物衛生檢驗局網站上已有25封來信咨詢,均涉及同一個問題:“我受監管嗎?”

    早在四年前美國就發布《新興技術監管和監督原則》強調,監管要遵循科學,定量和定性考慮效益與成本,如果沒發現重大的監督問題,考慮不予監管。

    美國農業部海外農業局新技術與生產方式辦公室副處長彼得里(Mark Petry)對《財經》記者表示,在美國,基因組編輯產品是遵循個案分析的原則、以科學為基礎進行的。與此同時,一些基因組編輯育種產品被等同于常規育種產品對待。

    彼得里透露,近期許多業內科學家建議,監管機制應該保持一貫性, 如果在無法區分基因組編輯產品與常規育種產品的情況下,兩種產品應該等同對待。

    此外,如果Calyxt土豆要出口,僅僅拿到美國農業部的許可遠不是終點,各個國家的監管都需要協調。

    6月上旬,由美國、英國、阿根廷、中國多個國家和地區的政府官員、科學家、產業人士參加的新育種技術交流活動接連在菲律賓和中國舉行,其目的即是協調各個國家和地區的基因組編輯育種技術監管。

    美國政府已經將一些產品的安全評價材料在網絡上公開,以便各國參考。

    歐盟的做法則有些費解,歐盟于1998年批準Mon 810轉基因玉米、1998年批準了兩個康乃馨生物技術品種后,沒再批準新的栽培申請。如今主要的生物技術公司退出了歐盟,先正達公司停止在歐洲的基因工程項目,孟山都從歐盟撤走所有栽培檔案。如果將基因組編輯育種技術納入轉基因育種范疇,那么這一技術在歐盟將又一次陷入絕境。

    歐洲食品安全局(EFSA)轉基因生物(GMO)小組成員約內斯(Huw D Jones)在北京上述交流活動中透露,歐盟正在考慮這一問題,2015年夏季之前完成轉基因生物體定義的法律審查,秋季將提交最終草案給成員國評審,希望在年底之前發表涵蓋現有新育種技術的指南。他本人表示,如果產品中不再有重組DNA,且基因組編輯無法與自然突變區分的話,那么不應納入已定義的轉基因育種范疇。

    阿根廷的做法接近美國。阿根廷國家農業生物技術咨詢委員會執行主任、農畜漁業部生物技術主任萊馬(Martin Lema)介紹,只要最終產品不含外源基因,則不納入轉基因產品的監管范疇。

    在日本,申請基因組編輯育種技術品種須在種植以及用于食品和飼料之前咨詢主管部門,并請其裁決最終產品是否納入監管。

    中國的政策選擇

    中國并非旁觀者。以中國科學院遺傳與發育研究所研究員高彩霞等人為代表,中國已經在基因組編輯的小麥育種上做了出色的工作。

    白粉病是小麥的世界性病害,小麥中的致病基因在其A、B、D基因組上各有一個拷貝。高彩霞與中國科學院微生物研究所研究員邱金龍合作利用TALEN技術,在六倍體小麥中對該基因的3個拷貝同時進行了突變,獲得對白粉病具有廣譜抗性的小麥材料。該研究結果于去年7月發表在權威生物技術期刊《自然-生物技術》在線版。

    需要注意的是,這種抗白粉病小麥很難通過雜交育種獲得,因為雜交育種利用的是自然突變產生的植株,而六倍體小麥很難發生3個拷貝同時突變。同樣,傳統轉基因技術也不容易實現,因為轉基因技術具有插入的隨機性,做不到在特定基因上的插入,而六倍體的篩選工作量是無窮大的。

    高彩霞還利用基因組編輯技術研發了一種帶有香味的水稻。不過,這些成果都還沒有應用在商業生產中,因為農業部尚未有明確說法。

    中國在農業生物技術政策制定上是有深痛教訓的。作為中國轉基因法規的主要起草人之一,中國農業科學院植物保護研究所生物安全研究中心主任彭于發認為,目前看中國轉基因政策采取的防守策略并不成功,亟須改進。

    國務院頒發的《農業轉基因生物安全管理條例》(下稱《轉基因管理條例》)發布于2001年5月。當時國內在該領域的研發相對落后,于是中國采取了一個防守策略,即設置高門檻,讓國外產品進來時,額外增加很多程序。

    結果出乎意料,按照彭于發的講法就是,“外面的沒擋住,里面的沒起來”。以大豆為例,中國沒擋住進口,自己的轉基因大豆也沒發展起來。因為設置高門檻后,沒有一個中國的企業和研究院所能達到這樣的高標準。

    此外,還在客觀上造成“能試(驗)不能用,許吃不許種”現象,因為最后不允許種,投資者沒有獲得效益,至今只有大北農集團等少數企業開始作為。

    對于基因組編輯育種技術,彭于發建議,其一,要避免“轉基因”字眼引來的公眾輿論壓力,建議采用“精準育種技術”或“先進育種技術”概念;其二,因為檢測不到外源基因,大量的新產品不應作為轉基因產品來管理;其三,中國需要一個簡化的合理程序。

    也有不太樂觀的看法存在。部分業內人士就認為,這一育種技術恐怕不能逃脫作為轉基因的監管。按照《轉基因管理條例》第一章第三條,“農業轉基因生物是指利用基因工程技術改變基因組構成,用于農業生產或者農產品加工的動植物、微生物及其產品”,基因組編輯技術既然是在作物基因組水平上的遺傳修飾,那么則屬于基因工程,符合上述定義。

    目前,農業部還處于收集有關信息階段。一位農業部相關人士透露,對基因組編輯育種的監管估計不可避免,不過相比轉基因監管是否會放松,則要看歐美的做法相機而行。

    來源:《財經》雜志

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