无角奶牛,速长猪,多毛山羊,迷你猪,动物基因组编辑的春天来了!

2015-12-05 | 作者: Panda 刘杰 | 标签: 基因组编辑

图左侧为普通小牛,头上的犄角初现;右侧为生长年龄相当的首例基因修饰小牛,它们经过细微的DNA编辑修饰后不会长出犄角(纽约时报,Jenn Ackerman)。

基因农业网(纽约时报报道,翻译:Panda,校对:刘杰)2014年春天,两只无犄角小奶牛在爱荷华州的繁育基地诞生。一年多时间过去了,除了拥有略微奢侈的供养条件(比如独自享有大片草地)之外,它们看起来并无特别之处,但却是人类征服大自然新纪元的里程碑。

与绝大多数同种的其他公牛不同的是,这两只小公牛永远也不会长出犄角,这意味着它们不需要忍受农场例行的“去角”手术的痛苦。为防止动物之间打斗伤害,农场不得不为每只公牛进行这类手术,而美国兽医协会认为这种手术对动物来说“相当痛苦”。

在这两只小牛犊还是培养皿中单细胞状态的时候,一家名为Recombinetics创业公司的科学家们使用了超级吸引眼球的新工具基因组编辑,他们将这个细胞中编码有角性状的基因序列进行了很少的局部替换,最终得到了无角的安格斯奶牛。这一点点微小的基因修饰通过常规的DNA复制机制迅速扩散到奶牛体内所有的细胞中,并且能够遗传给后代。
转基因三文鱼(上)和常规三文鱼(下)(纽约时报,Paul Darrow)

Micah Schouten是小牛的看护人员,他望着自己的看护对象,不由地发出感慨:“这太酷了!”

最近,科学家们改造生物体DNA技术的简便性和精确性在公众中引起了一阵骚动,人们担心这种技术用于人类胚胎编辑之后的复杂前景。不过,联邦政府近期批准了快速生长三文鱼作为美国人可食用的第一例转基因动物,一大波基因组编辑动物已整装待发,供全世界农场和实验室养殖——其中一些是用于食用目的,一些是用于抵抗疾病,或许还有一些是用作宠物饲养的。

就在最近,研究人员报告了一例对蚊子进行的基因组编辑,使它们不再携带引发疟疾的寄生虫。科学家和生物伦理学家说,这种改造其它物种的能力引发了一些动物中所特有的问题,但是这些改动隐含了一些影响。

“我们即将看到一大波基因组编辑动物,因为这太容易了。”爱丁堡大学罗斯林研究所动物生物技术学教授布鲁斯·怀特劳说:“它会将社会问题从’如果我们能做,我们真的要做吗’变成‘马上我们就能见证奇迹了,我们能接受吗’”。

数个世纪以来,动物育种家们不断地从群体中筛选出具有优良性状的个体,并选育出聚合了这些优良性状的个体。不过,要想获得理想的优良品种(比如产奶量高且抗病的奶牛),利用这些传统的手段通常需要花费几十年时间才能完成。近些年来,基因工程技术已经广泛应用于微生物和植物,但对动物来说,这一技术还不够精准,因此转基因动物不仅有技术困难,而且成本不菲。

不过,统称为“基因组编辑”的新技术带来了相对简便的操作,使得之前所有不可能或不现实的目标都变得足够便捷且便宜,许多研究人员因此能够找到值得继续追寻的目标。使用能够在特定位点进行DNA靶向切割的酶,科学家们能够根据需要对三两个遗传密码子进行移除或替换。“这类似于在动物基因组上执行了‘寻找-替换’功能,”位于圣保罗的Recombinetics公司首席执行官Scott Fahrenkrug说:“它允许我们找到同一物种内存在的天然变异,并迅速把它引入到单个个体中。”

比如,在罗斯林研究所,Whitelaw博士改变了原本对非洲猪瘟易感的家猪体内的三个基因,使得这三个基因与那些抗病野生猪中的基因一样。非洲猪瘟是一种灾难性的传染病,足以毁灭整个农场。他正在养育这些经过“基因组编辑”的猪,并计划进行随后的测试分析。

借助于一种被称为“Talens”的技术,Recombinetics公司称他们已创造出了一种经基因组编辑后饲料消耗更少的猪,以及一种能长出大块肌肉的巴西肉牛,不仅产肉量更高,肉的质地可能也更鲜嫩。其他研究机构的工作也有进展,比如后代只有下蛋的母鸡;还有生育的后代中只有公牛的牛,因为母牛的饲料转换效率比较低。
爱丁堡大学罗斯林研究所研究的成果:转基因猪Pig26,对非洲猪瘟有较好的抗病能力。

中国的研究人员也成果不断,比如:多肉的产羊绒山羊,它同时也能很容易地长出更长的羊毛用于编织更柔软的羊毛衫;缺乏生长基因的微型猪,可作为新型小宠物出售;以及缺乏肌肉生长抑制基因的米格鲁猎犬,这种基因组编辑可能会让狗的肌肉力量更强大,跑得更快。

为了治疗人类疾病,研究人员利用最强大的名为“CRISPR-Cas9”的新型工具来改变猪的基因,希望能在猪身上长出可供人类使用的器官。科学家们还利用这种技术创造出了“基因驱动器”,比如,经过基因组编辑的抗疟原虫的蚊子能将这种对疟原虫的抗性传播到整个蚊子群体中去。

步伐加快

不过,一些科学家已发出警告:快速发展的基因组编辑动物很可能会超越公众关于其风险和益处的讨论范围。

“本文实质上是一个请求,让我们不要忽视生物圈中非人类的部分,”威斯康辛大学的Alta Charo和斯坦福大学的Henry T. Greely在下个月将出版的《美国生物伦理学杂志》(American Journal of Bioethics)撰文《Crispr动物与其失控》(Crispr Critters and Crispr Cracks)警告说:“它不仅比人类的部分大许多,而且更容易受到那些不易觉察、不受约束、但并非不重要的变化的影响。”

尤其是关于在农场中养殖基因组编辑动物的讨论,很可能会受到当前关于转基因食品的立场所影响。转基因之争已经持续了几十年,主要集中于那些通过传统的基因工程技术改造得到的抗虫抗除草剂大豆和玉米。该类作物通常被称为转基因生物(GMO),即使受到农民的广泛欢迎、即使科学界再三证实转基因作物对人类健康和环境的影响与常规作物一样安全,反对派们仍然成功地鼓动了一些零售商拒绝出售转基因原料制成的食品,并试图通过立法努力来对转基因成分进行标识。

许多新一代的基因组编辑动物并不含有其他物种来源的DNA,而跨物种DNA转移一直以来都是转基因作物(通常含有细菌基因片段)反对者最常引用的关注焦点。不过,一些消费者权益保护者说,在“对动物DNA可以进行哪些操纵(如果可以的话)”方面,双方可能更难达成共识。

“从某种角度上说,动物研究永远是颇具争议性的话题”,公共利益科学中心(一家非盈利性消费者权益保护团体)生物技术部主管Greg Jaffe说:“主要是从情感上人们觉得动物与人类更亲近。”
肌肉力量更强大的米格鲁猎犬(Zhiwei Wu)

支持方说,新技术可以让耕作变得更高效,有助于用更少的环境资源养活不断增长的全球人口。动物育种前沿杂志《遗传选择进化》中曾发表过一篇文章,认为在利用常规繁育手段所花费的相同时间内,基因组编辑可能会大大提高畜牧业的选育效率。

上述文章的共同作者、定量遗传学家John Hickey举例说,比如,今天的肉鸡与1950年的肉鸡相比,同样的饲料喂养条件下能够多产出近80%的鸡肉;如果肉鸡的育种家在这段时间内借助于基因组编辑技术,农民可能早就能够达到这一增长水平,并且仅需一半的土地就可以养殖这些肉鸡。

另有人认为这一新技术可以使人类健康从中受益。美国国家科学基金会正致力于在撒哈拉以南的非洲地区创造一种能够抵抗昏睡病寄生虫的奶牛,这种疫病通常使用抗微生物药物进行治疗,但这些药物最终都会进入人类食用的肉类中。

有几个抗多种疾病牲畜的基因改造项目正在进行中,理论上有可能减少抗生素类药物的滥用,抗生素的滥用已经使得人类的细菌感染疾病的治疗愈发困难。在美国农业部的资金支持下,马里兰大学的研究人员Bhanu Telugu正在尝试设计一种不携带流感病毒的猪。他也认为基因组编辑即意味着动物健康。他说:“如果我们知道我们能够消除疾病,却不这样做,这在我看来就是虐待动物。”

对食物链的影响

一些消费者权益保护团体一直极力警告说,对于供人类食用的动物而言,这些技术的应用仍然是新生事物。我们知道,基因组编辑工具有时候会改变靶标位点之外的基因,这对我们也是一种预警:这些变化是否会影响动物健康或是牛奶和肉的成分?

“你们只是在使用这些技术替代旧有技术来减少普遍存在的风险,”“食品安全中心”(一家一直奋战在反对转基因动植物最前线的消费者权益保护机构)的资深科学家Doug Gurian-Sherman说:“但并不是说,我们就可以毫无顾忌地继续前进了。”

此外,还有一些动物权益保护者说,基因组编辑就是一种单粗暴的手段,它支撑起一个令动物受苦的产业。
这些经过基因修饰的小牛不会长出犄角,它们的看护人员Micah Schouten说:“这太酷了!”(纽约时报,Jenn Ackerman)

“即便这些技术的意图是好的,但它们却使问题进一步恶化,”“善待动物组织”(PETA)发言人David Byer说。该组织致力于叫停乳制品行业的奶牛去角手术,但并不认为基因组编辑的方法是好的解决方案。注:善待动物组织(People for the Ethical Treatment of Animals,简称PETA)是一家总部位于美国弗吉尼亚诺福克的非政府组织,主要目的为保护动物权益,呼吁人类全面素食等。其工作主要针对工厂化养殖场、实验室、皮草贸易及动物娱乐产业这四大领域,最多数量的在最长时间内承受着最大的痛苦的动物。该组织还从事解决诸多其他问题,包括残杀海豹、鸟类和其它“害虫”,及虐待家犬等。善待动物组织的工作包括公众教育、虐待动物的调查、研究,拯救动物、立法、特别活动和名人参与。善待动物组织常常因为其极端行为引起争议。

“人们应当停止消费乳、肉、蛋制品,而不是通过操作这些动物的DNA来进一步改造这些动物。”Byer补充道。

联邦食品与药品管理局尚未就是否对即将到来的基因组编辑动物进行监管发表评论。但即使盖上政府批准的大印,生物技术支持者心里也很清楚,只要消费者不买账,农民也就不会喜欢新技术产品。

并且,它也无助于转基因作物的普及。转基因作物或许对种植玉米和大豆的农民来说意味着更轻松的杂草控制和虫害管理,但目前为止,转基因作物的这些好处对消费者来说并不十分具有吸引力。

这也是Recombinetics炫耀他们的无角小牛的原因之一。

为阻止出血流入犄角中,去角手术中会灼烧小牛的犄角根部,这一过程已经引起了相当的公众关注。霍斯坦奶牛是一种黑白花色相间的奶牛,是美国最主要供奶品种,对霍斯坦奶牛执行烧角手术的视频被动物权益保护组织大肆引用宣传,引起各界的指责声一片。

霍斯坦奶牛协会遗传学执行主席Lindsey Worden说:“我们知道,公众对于‘去角’的印象非常不好,当然这对奶农们来说也不是一件轻松有趣的事。”

霍斯坦奶牛中也有一小部分天生不长角的品种,已有几家公司(包括General Mills、 Dannon和Walmart)鼓励其乳品供应商通过常规繁育方法增加这一种群的数量。经过奶农们的努力,这种无角品种在霍斯坦奶牛种群中所占比例从2013年的3%上升至去年的4%。

不过,进展仍然缓慢。这也就是为什么几个奶牛饲养员说,他们正密切关注Recombinetics公司的两只无犄角小牛以监测其健康状况的原因,这两只小牛刚刚被运送至加州大学戴维斯分校。不出几个月,它们带有编辑过的DNA的精子就会成熟,可以用于繁育下一代无犄角奶牛。

它们将变得司空见惯还是继续神秘?答案将主要取决于公众如何看待基因组编辑技术及其在各行各业中的应用。

“有时候,你能给动物、给农民、给社会都带来好处,但在消费者那里却存在争议。”美国联邦乳制品生产者联盟可持续发展和科学事务部副主席Jamie Jonker说:“我认为奶牛场的农民期待知道公众对这类技术是如何理解的。”

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

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来源:基因农业网

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