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    無角奶牛,速長豬,多毛山羊,迷你豬,動物基因組編輯的春天來了!

    2015-12-05 10:02 | 作者: Panda 劉杰 | 標簽: 基因組編輯

    圖左側為普通小牛,頭上的犄角初現;右側為生長年齡相當的首例基因修飾小牛,它們經過細微的DNA編輯修飾后不會長出犄角(紐約時報,Jenn Ackerman)。

    基因農業網(紐約時報報道,翻譯:Panda,校對:劉杰)2014年春天,兩只無犄角小奶牛在愛荷華州的繁育基地誕生。一年多時間過去了,除了擁有略微奢侈的供養條件(比如獨自享有大片草地)之外,它們看起來并無特別之處,但卻是人類征服大自然新紀元的里程碑。

    與絕大多數同種的其他公牛不同的是,這兩只小公牛永遠也不會長出犄角,這意味著它們不需要忍受農場例行的“去角”手術的痛苦。為防止動物之間打斗傷害,農場不得不為每只公牛進行這類手術,而美國獸醫協會認為這種手術對動物來說“相當痛苦”。

    在這兩只小牛犢還是培養皿中單細胞狀態的時候,一家名為Recombinetics創業公司的科學家們使用了超級吸引眼球的新工具基因組編輯,他們將這個細胞中編碼有角性狀的基因序列進行了很少的局部替換,最終得到了無角的安格斯奶牛。這一點點微小的基因修飾通過常規的DNA復制機制迅速擴散到奶牛體內所有的細胞中,并且能夠遺傳給后代。
    轉基因三文魚(上)和常規三文魚(下)(紐約時報,Paul Darrow)

    Micah Schouten是小牛的看護人員,他望著自己的看護對象,不由地發出感慨:“這太酷了!”

    最近,科學家們改造生物體DNA技術的簡便性和精確性在公眾中引起了一陣騷動,人們擔心這種技術用于人類胚胎編輯之后的復雜前景。不過,聯邦政府近期批準了快速生長三文魚作為美國人可食用的第一例轉基因動物,一大波基因組編輯動物已整裝待發,供全世界農場和實驗室養殖——其中一些是用于食用目的,一些是用于抵抗疾病,或許還有一些是用作寵物飼養的。

    就在最近,研究人員報告了一例對蚊子進行的基因組編輯,使它們不再攜帶引發瘧疾的寄生蟲??茖W家和生物倫理學家說,這種改造其它物種的能力引發了一些動物中所特有的問題,但是這些改動隱含了一些影響。

    “我們即將看到一大波基因組編輯動物,因為這太容易了。”愛丁堡大學羅斯林研究所動物生物技術學教授布魯斯·懷特勞說:“它會將社會問題從’如果我們能做,我們真的要做嗎’變成‘馬上我們就能見證奇跡了,我們能接受嗎’”。

    數個世紀以來,動物育種家們不斷地從群體中篩選出具有優良性狀的個體,并選育出聚合了這些優良性狀的個體。不過,要想獲得理想的優良品種(比如產奶量高且抗病的奶牛),利用這些傳統的手段通常需要花費幾十年時間才能完成。近些年來,基因工程技術已經廣泛應用于微生物和植物,但對動物來說,這一技術還不夠精準,因此轉基因動物不僅有技術困難,而且成本不菲。

    不過,統稱為“基因組編輯”的新技術帶來了相對簡便的操作,使得之前所有不可能或不現實的目標都變得足夠便捷且便宜,許多研究人員因此能夠找到值得繼續追尋的目標。使用能夠在特定位點進行DNA靶向切割的酶,科學家們能夠根據需要對三兩個遺傳密碼子進行移除或替換。“這類似于在動物基因組上執行了‘尋找-替換’功能,”位于圣保羅的Recombinetics公司首席執行官Scott Fahrenkrug說:“它允許我們找到同一物種內存在的天然變異,并迅速把它引入到單個個體中。”

    比如,在羅斯林研究所,Whitelaw博士改變了原本對非洲豬瘟易感的家豬體內的三個基因,使得這三個基因與那些抗病野生豬中的基因一樣。非洲豬瘟是一種災難性的傳染病,足以毀滅整個農場。他正在養育這些經過“基因組編輯”的豬,并計劃進行隨后的測試分析。

    借助于一種被稱為“Talens”的技術,Recombinetics公司稱他們已創造出了一種經基因組編輯后飼料消耗更少的豬,以及一種能長出大塊肌肉的巴西肉牛,不僅產肉量更高,肉的質地可能也更鮮嫩。其他研究機構的工作也有進展,比如后代只有下蛋的母雞;還有生育的后代中只有公牛的牛,因為母牛的飼料轉換效率比較低。
    愛丁堡大學羅斯林研究所研究的成果:轉基因豬Pig26,對非洲豬瘟有較好的抗病能力。

    中國的研究人員也成果不斷,比如:多肉的產羊絨山羊,它同時也能很容易地長出更長的羊毛用于編織更柔軟的羊毛衫;缺乏生長基因的微型豬,可作為新型小寵物出售;以及缺乏肌肉生長抑制基因的米格魯獵犬,這種基因組編輯可能會讓狗的肌肉力量更強大,跑得更快。

    為了治療人類疾病,研究人員利用最強大的名為“CRISPR-Cas9”的新型工具來改變豬的基因,希望能在豬身上長出可供人類使用的器官??茖W家們還利用這種技術創造出了“基因驅動器”,比如,經過基因組編輯的抗瘧原蟲的蚊子能將這種對瘧原蟲的抗性傳播到整個蚊子群體中去。

    步伐加快

    不過,一些科學家已發出警告:快速發展的基因組編輯動物很可能會超越公眾關于其風險和益處的討論范圍。

    “本文實質上是一個請求,讓我們不要忽視生物圈中非人類的部分,”威斯康辛大學的Alta Charo和斯坦福大學的Henry T. Greely在下個月將出版的《美國生物倫理學雜志》(American Journal of Bioethics)撰文《Crispr動物與其失控》(Crispr Critters and Crispr Cracks)警告說:“它不僅比人類的部分大許多,而且更容易受到那些不易覺察、不受約束、但并非不重要的變化的影響。”

    尤其是關于在農場中養殖基因組編輯動物的討論,很可能會受到當前關于轉基因食品的立場所影響。轉基因之爭已經持續了幾十年,主要集中于那些通過傳統的基因工程技術改造得到的抗蟲抗除草劑大豆和玉米。該類作物通常被稱為轉基因生物(GMO),即使受到農民的廣泛歡迎、即使科學界再三證實轉基因作物對人類健康和環境的影響與常規作物一樣安全,反對派們仍然成功地鼓動了一些零售商拒絕出售轉基因原料制成的食品,并試圖通過立法努力來對轉基因成分進行標識。

    許多新一代的基因組編輯動物并不含有其他物種來源的DNA,而跨物種DNA轉移一直以來都是轉基因作物(通常含有細菌基因片段)反對者最常引用的關注焦點。不過,一些消費者權益保護者說,在“對動物DNA可以進行哪些操縱(如果可以的話)”方面,雙方可能更難達成共識。

    “從某種角度上說,動物研究永遠是頗具爭議性的話題”,公共利益科學中心(一家非盈利性消費者權益保護團體)生物技術部主管Greg Jaffe說:“主要是從情感上人們覺得動物與人類更親近。”
    肌肉力量更強大的米格魯獵犬(Zhiwei Wu)

    支持方說,新技術可以讓耕作變得更高效,有助于用更少的環境資源養活不斷增長的全球人口。動物育種前沿雜志《遺傳選擇進化》中曾發表過一篇文章,認為在利用常規繁育手段所花費的相同時間內,基因組編輯可能會大大提高畜牧業的選育效率。

    上述文章的共同作者、定量遺傳學家John Hickey舉例說,比如,今天的肉雞與1950年的肉雞相比,同樣的飼料喂養條件下能夠多產出近80%的雞肉;如果肉雞的育種家在這段時間內借助于基因組編輯技術,農民可能早就能夠達到這一增長水平,并且僅需一半的土地就可以養殖這些肉雞。

    另有人認為這一新技術可以使人類健康從中受益。美國國家科學基金會正致力于在撒哈拉以南的非洲地區創造一種能夠抵抗昏睡病寄生蟲的奶牛,這種疫病通常使用抗微生物藥物進行治療,但這些藥物最終都會進入人類食用的肉類中。

    有幾個抗多種疾病牲畜的基因改造項目正在進行中,理論上有可能減少抗生素類藥物的濫用,抗生素的濫用已經使得人類的細菌感染疾病的治療愈發困難。在美國農業部的資金支持下,馬里蘭大學的研究人員Bhanu Telugu正在嘗試設計一種不攜帶流感病毒的豬。他也認為基因組編輯即意味著動物健康。他說:“如果我們知道我們能夠消除疾病,卻不這樣做,這在我看來就是虐待動物。”

    對食物鏈的影響

    一些消費者權益保護團體一直極力警告說,對于供人類食用的動物而言,這些技術的應用仍然是新生事物。我們知道,基因組編輯工具有時候會改變靶標位點之外的基因,這對我們也是一種預警:這些變化是否會影響動物健康或是牛奶和肉的成分?

    “你們只是在使用這些技術替代舊有技術來減少普遍存在的風險,”“食品安全中心”(一家一直奮戰在反對轉基因動植物最前線的消費者權益保護機構)的資深科學家Doug Gurian-Sherman說:“但并不是說,我們就可以毫無顧忌地繼續前進了。”

    此外,還有一些動物權益保護者說,基因組編輯就是一種單粗暴的手段,它支撐起一個令動物受苦的產業。
    這些經過基因修飾的小牛不會長出犄角,它們的看護人員Micah Schouten說:“這太酷了!”(紐約時報,Jenn Ackerman)

    “即便這些技術的意圖是好的,但它們卻使問題進一步惡化,”“善待動物組織”(PETA)發言人David Byer說。該組織致力于叫停乳制品行業的奶牛去角手術,但并不認為基因組編輯的方法是好的解決方案。注:善待動物組織(People for the Ethical Treatment of Animals,簡稱PETA)是一家總部位于美國弗吉尼亞諾??说姆钦M織,主要目的為保護動物權益,呼吁人類全面素食等。其工作主要針對工廠化養殖場、實驗室、皮草貿易及動物娛樂產業這四大領域,最多數量的在最長時間內承受著最大的痛苦的動物。該組織還從事解決諸多其他問題,包括殘殺海豹、鳥類和其它“害蟲”,及虐待家犬等。善待動物組織的工作包括公眾教育、虐待動物的調查、研究,拯救動物、立法、特別活動和名人參與。善待動物組織常常因為其極端行為引起爭議。

    “人們應當停止消費乳、肉、蛋制品,而不是通過操作這些動物的DNA來進一步改造這些動物。”Byer補充道。

    聯邦食品與藥品管理局尚未就是否對即將到來的基因組編輯動物進行監管發表評論。但即使蓋上政府批準的大印,生物技術支持者心里也很清楚,只要消費者不買賬,農民也就不會喜歡新技術產品。

    并且,它也無助于轉基因作物的普及。轉基因作物或許對種植玉米和大豆的農民來說意味著更輕松的雜草控制和蟲害管理,但目前為止,轉基因作物的這些好處對消費者來說并不十分具有吸引力。

    這也是Recombinetics炫耀他們的無角小牛的原因之一。

    為阻止出血流入犄角中,去角手術中會灼燒小牛的犄角根部,這一過程已經引起了相當的公眾關注?;羲固鼓膛J且环N黑白花色相間的奶牛,是美國最主要供奶品種,對霍斯坦奶牛執行燒角手術的視頻被動物權益保護組織大肆引用宣傳,引起各界的指責聲一片。

    霍斯坦奶牛協會遺傳學執行主席Lindsey Worden說:“我們知道,公眾對于‘去角’的印象非常不好,當然這對奶農們來說也不是一件輕松有趣的事。”

    霍斯坦奶牛中也有一小部分天生不長角的品種,已有幾家公司(包括General Mills、 Dannon和Walmart)鼓勵其乳品供應商通過常規繁育方法增加這一種群的數量。經過奶農們的努力,這種無角品種在霍斯坦奶牛種群中所占比例從2013年的3%上升至去年的4%。

    不過,進展仍然緩慢。這也就是為什么幾個奶牛飼養員說,他們正密切關注Recombinetics公司的兩只無犄角小牛以監測其健康狀況的原因,這兩只小牛剛剛被運送至加州大學戴維斯分校。不出幾個月,它們帶有編輯過的DNA的精子就會成熟,可以用于繁育下一代無犄角奶牛。

    它們將變得司空見慣還是繼續神秘?答案將主要取決于公眾如何看待基因組編輯技術及其在各行各業中的應用。

    “有時候,你能給動物、給農民、給社會都帶來好處,但在消費者那里卻存在爭議。”美國聯邦乳制品生產者聯盟可持續發展和科學事務部副主席Jamie Jonker說:“我認為奶牛場的農民期待知道公眾對這類技術是如何理解的。”

    原文鏈接:http://www.nytimes.com/2015/11/27/us/2015-11-27-us-animal-gene-editing.html

    來源:基因農業網

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