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    《自然生物技術》來信:牛還是那頭牛,你怎么監管?

    2016-05-13 09:52 | 作者: Panda | 標簽: 基因組編輯

    5月6日,學術期刊《自然生物技術》(Nature Biotechnoligy)發表猶他大學醫學院生化系Dana Carroll等5位學者的來信,呼吁對基因組編輯的動物產品進行科學監管,即針對產品本身監管,而非針對基因組編輯技術監管。文章引用基因組編輯無角牛為例,力證了技術監管的不可理喻?;蜣r業網全文編譯如下?;蜣r業網編譯(Panda翻譯,楊寧校對)。

    致《自然生物技術》主編們:

    人類為了填飽肚子而開始馴化野生動植物,以達到大規模的種植和養殖。幾十年、幾百年過去了,今天的食物在產量上已經大大提高,并且營養也更為豐富。這些性狀改良的結果主要歸功于選擇育種過程。這種育種方式從史前馴化野生動植物時就已經開始,并延續到今天;基于對種內及種間基因型和表現型變異的全面數據,今天的高效育種過程還得益于精細的統計學分析的幫助。這種努力長久以來所取得的成功有目共睹,今后還會繼續成功下去。

    然而,選擇育種也有其弊端:它歷時太久;得到理想的新遺傳變異株完全是守株待兔;在選擇特定性狀時還有可能不小心將父母本中存在的優良性狀丟失;有害突變有可能與有益突變之間存在遺傳連鎖,由此發生有害性狀的非預期擴散……這些問題在常規育種過程中很難避免。

    近年來發展起來的定點基因組編輯技術提供了解決這些難題的好方法?;蚪M編輯可用于產生與天然發生變異株完全一樣的基因變化。這里,我們將提出這些變化從邏輯上看并不屬于當前聯邦監管權限范疇之內的理由。我們將通過一個具體的實例(本文中隨后提到的基因組編輯無角牛的監管問題)來闡釋我們的觀點。我們將以呼吁監管當局將監督的重點放在基因組編輯產品上,而不是基因組編輯過程本身作結。

    給牛去角極其耗費勞力,而基因組編輯技術可以幫助這個過程省去不少麻煩?,F代牛的野生祖先需要用角進行防御,但在21世紀的農場里,這些牛幾乎見不到天敵。農場中的奶牛和肉牛常常擠在彼此距離很近的狹小空間內,也近距離接觸農場工人。為避免牛角對其他?;驅と嗽斐蓚?,全世界許多農場主都會用物理方法給幼牛進行去角處理,比如削去幼牛頭上還未成形的芽尖,然后灼燒止血。這種處理手段非常野蠻,會使幼牛十分痛苦,也非常的昂貴。對農民和普通公眾來說,幼牛的物理去角都是一個非常重要的動物福利方面的現實問題。

    某些品種的牛天然就是“無角”的表型,出現這種表型是因為POLLED基因座上兩個基因中的任意一個發生了突變。這兩個基因分別為Pc(凱爾特牛)和PF(荷爾斯坦因-弗里賽牛)。雖然肉牛品種中Pc突變較為常見,但奶牛品種中這兩種突變都很少見。原則上,荷爾斯坦因等位基因PF可以通過常規育種途徑傳播到世界各地的奶牛群體中,但實際上,這樣做所花費的成本太高。奶牛養殖者在根據最大產奶潛力、健康、體格穩健以及可育性等因素選擇動物時,會使用諸如美國的Net Merit這類指標。凈優點評分高的動物往往都不帶有PF等位基因。因此,要想通過選擇育種方法得到無角奶牛,就有必要與評分低但攜帶PF等位基因牛進行雜交,然后就需要用很多代額外的雜交過程來將凈優點評分值恢復到較高水平。沒有哪個養殖者能負擔得起這樣的過程。

    現在再來介紹基因組編輯。這種方法依賴于染色體DNA有目的的、定點的斷裂產生及修復。目前常用的有幾種不同的分子工具,包括鋅指核酸酶、歸巢核酸內切酶、類轉錄激活因子效應物核酸酶(TALEN)和CRISPR-Cas9。最后一種DNA核酸內切酶因其操作的簡單性最近正炙手可熱,但這些工具都能有效發揮作用。

    法倫克魯格(Fahrenkrug)和他的同事們使用TALEN工具將Pc突變引入奶?;蚪M中。他們得到了Pc等位基因純合或雜合的細胞系,隨后用體細胞核移植(SCNT)的方法獲得克隆動物。兩頭帶有純合Pc突變的小牛順利長到10個月大,沒有角長出來,充分表明基因組編輯工具在得到無角性狀中的可行性?,F在,這些動物攜帶著的Pc基因與凱爾特無角突變牛的Pc基因DNA序列完全一樣,而后者是人類通過雜交培育方法歷經1000多年時間才得到的。按道理說,接下來就該選育出優良的基因組編輯公牛品種,通過常規雜交將Pc等位基因傳播到全球各個奶牛場,而這種方法不會丟失奶牛自身的優良性狀。

    除了簡單和快速,基因組編輯方法還具有其他一些優于選擇育種的特點。它能夠只改變某些品種中的單個性狀以適應不同的環境和使用目的,同時不會破壞其他的優良性狀。品種所特異的性狀得以保持,而單個性狀得到改良。這有助于保持品種多樣性,因為可以導入特定的性狀而無需進行雜交。這種方法非常干凈利落,除目標性狀外沒有多余的遺傳物質在品種之間交換。此外,它還可用于大規模地清除選擇育種所產生的有害副效應。

    當特定的有益等位基因通過選擇育種被快速傳播時,它們也同時帶來了“搭順風車”的鄰近突變基因,這些“搭車客”的突變可能是有害的,尤其是在新環境中。由于它們與我們所需要的有益性狀緊密連鎖在一起,想要通過雜交育種將這些“搭車客”除去并不容易,即使遺傳學研究已經鑒定這些基因?;蚪M編輯則能通過在多種自然遺傳背景下只產生目標性狀的改變而將這種搭車客效應減少到最低,此外,它還能用于消除之前已經通過選擇育種而累積起來的搭車客效應。已經證實,由基因組編輯而引入“脫靶”突變效應的可能性非常低。

    現在,監管當局所面臨的一個問題就是,是否應當對Pc奶?;蚴瞧渌愋偷幕蚪M編輯生物進行監管?上世紀80年代提出的美國監管協調框架將法規監管的關注點放在遺傳物質發生改變的產品,從定義上看不出是否對技術或是過程進行監管。不過,通過重組DNA(重組DNA)技術得到的動物引發了美國食品與藥品管理局(FDA)的入市前強制審核。FDA聲稱,法規當局有權依據聯邦食品、藥品與化妝品法案中新的動物藥品條例對基因改造(GE)動物進行監管,其中對藥物的定義是“(除食品以外的)有意影響人類或其他動物機體結構或任意功能的物品”。FDA表達了他們將對任何含有重組DNA載體的食用動物進行監管的意向。

    該監管協調框架建立時,基因工程方法還是向基因組中引入重組DNA的常用手段,并且常常是表達一個來源于不同物種的外源蛋白。不過,利用分子技術將一個天然存在的等位基因形式換成同一個基因的另一種等位基因,或是向已經存在的基因中引入一個突變,得到與經典動物育種方式所獲得的相似突變——通過這些方式獲得的動物應該不應該受到現有的監管框架約束呢?基因組編輯無角牛不攜帶任何外源基因,由基因組編輯產生的等位基因與通過天然偶發突變產生的等位基因序列完全相同。

    許多消費者并不清楚他們每天吃的食物里都含有DNA,也不知道這些食物,比如,不同品種的動物,甚至同一品種的動物之間的DNA成分有何不同。肉牛和奶牛之間存在著進化過程中累積起來的大量遺傳變異,這些變異通過自然突變過程被不斷地引入牛的基因組中。最近對3個品種的234頭公牛進行的全基因組測序的例子中,數據分析結果中觀察到超過2800萬個突變位點,包括插入、刪除和單核苷酸多態性。已知這些突變中的一小部分因其在表型或農藝性狀上的優勢而被選育保留下來。所有這些突變對食用牛奶和牛肉等產品的消費者而言均沒有任何致病效應,也極少有突變會影響動物自身的健康。

    當基因組編輯工具向靶位點引入一個斷裂時,有可能它還會引入非預期的斷裂,從而在基因組的其他地方引入突變?,F有的基因組編輯技術產生脫靶事件與自發突變類似。通過謹慎的操作設計和全面測試可將這類脫靶效應降至最低。確實,法倫克魯格和他的同事在他們的分析中并沒有發現脫靶事件?;蚪M編輯中所使用的核酸均顯示出靶標定位有效性和極高的序列特異性,有些已經得到驗證并被證實足夠安全,可用于人類臨床試驗。

    常規選育可剔除任何導致明顯有害表型的突變。但另一些潛在的風險或許在沒有人類干涉的情況下也會自然發生,比如修飾蛋白有可能是人類致敏原?;蚪M編輯所產生的效應與食用動物基因組中持續產生變異的自然發生過程非常相似。從這一點來看,很難想象為什么通過基因組編輯引入確定遺傳變化的過程需要被監管,而向任何個體、任何世代基因組中不斷引入新的隨機變化的自然突變過程則不需要。

    當前的監管體系已經崩潰。第一例基因組編輯動物產品已經超越了基因組編輯作物的發展腳步,但直到2015年11月,第一例基因組編輯動物產品才獲批用于人類消費用途。攜帶重組魚類DNA的AquAdvantage快速生長基因組編輯三文魚等待了約20年才等來對它的批準決議,為法規監管而花費的成本超過7700萬美元。相反,卻從來沒有法規來監管常規育種得到的性狀。鑒于一般都認為食用DNA是安全的,而基因組編輯能夠產生與天然發生突變完全一樣的效果,那些天然突變在我們食用的動植物中每天都在發生,那么,這樣看起來完全沒有任何科學或邏輯合理的理由將基因組編輯這一“過程”單拎出來進行復雜的監管。

    法規體系幫助社會應在潛在的好處、風險和對新技術的顧慮之間找到一個平衡點。不過,監管工作的嚴格程度應該與待評估產品可能產生的風險成正比。美國科學與技術政策辦公室(美國華盛頓)的觀點是,“依據法規在自由裁量權范疇內實施監督管理應當基于所引入事物所產生的風險而定,不應過于強調這個生物是通過特定過程或技術而被修飾的事實……僅在所引入事物產生的風險不合理的情況下才有必要實施監管,即當通過額外監管來減少風險所造成的損失大于其監管花費時才有必要”。

    當前由重組DNA過程引發的對基因組編輯動物的監管審核不利于基因組編輯產品的發展,對全球糧食安全和農業可持續發展來說是重大的損失??紤]到美國沒有針對動物育種的特殊立法機構,似乎FDA并沒有權利來監管那些由基因組編輯得到的攜帶天然等位基因的動物。

    基因組編輯使農產品基因組中能夠發生精準的改變而無需從其他物種中引入外源DNA。根據產生的結果而非得到結果的過程,基因組編輯產品應當受到與其他普通食物產品一樣的監管。這項技術主要是由公共基金資助開發的,公眾也將從其優勢和謹慎應用中獲益。原文鏈接:http://www.nature.com/nbt/journal/v34/n5/full/nbt.3566.html

    作者:通訊作者Dana Carroll ,猶他大學醫學院生化系;
    Alison L Van Eenennaam ,加州大學戴維斯分校動物學系;
    Jeremy F Taylor ,密蘇里大學哥倫比亞分校動物學系;
    Jon Seger ,猶他大學生物系;
    Daniel F Voytas ,明尼蘇達大學遺傳學系

    來源:基因農業網

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