改寫生命劇本的魔術手基 因編輯

本刊記者|柴 帆

改寫生命劇本的魔術手基 因編輯

本刊記者|柴 帆

編輯，顧名思義是對文本的文字進行刪除、添加、置換、改錯之類的操作。基因編輯則是將上述過程中的文字換成編碼基因的DNA序列，對基因序列進行定點的、有明確目標的改變。實踐表明，這一技術除了在生命科學、醫學等領域產生重大影響外，在農業科技的研究中，也顯示出巨大的應用前景。

近日，生物學界多名學者對河北科技大學副教授韓春雨5月2日刊發在《自然·生物技術》的論文《NgAgoDNA單鏈引導的基因編輯工具》一文所提及的基因編輯技術NgAgo無法重復實驗提出質疑。從而將基因編輯技術這一實驗室專屬名詞推到公眾面前，有關韓春雨研究是否可信已經變成了一起熱點公眾事件。關于此次事件的真相，在學界得出確定的結論之前，我們不妨多一些耐心，讓“子彈再飛一會兒”。

基因編輯技術除了在生命科學、醫學等領域產生重大影響外，在農業科技的研究中，也顯示出巨大的應用前景。

基于目前被廣泛應用于試驗的CRISPR-Cas9基因編輯技術，本文采訪了多名專家學者及國內相關研究企業，就目前該項技術在農業領域的研究與發展進行了跟蹤。

根據我們的生活經驗，蘑菇在采摘后，極易變黑和腐爛,而且蘑菇對磕碰極為敏感，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。所以當你走在大街上，突然有人給你一個蘑菇，并且告訴你這個蘑菇具備抵抗褐變的能力和擁有更長時間的保質期，你會不會認為這個人是個說胡話的瘋子？

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基因編輯技術得到的工程化蘑菇已經開始種植并且售賣，美國農業部目前并沒有對這種新型的CRISPR/Cas9基因編輯蘑菇進行管制，這或許意味著這種新型蘑菇并不需要進行監管機構的相關監管程序來進行培養和售賣，而首個CRISPR編輯的有機體或許已經接到了美國政府的綠燈指示。

通過檢測的基因編輯水稻苗

通過檢測的基因編輯玉米苗

基因編輯長久吸引著育種家們

看似天方夜譚的事情就這么真實的發生了，這一切都要歸結于“基因編輯”這個新技術，中國農業科學院作物科學研究所研究員謝傳曉表示，基因編輯是指根據人工設計對受體目標基因進行插入、缺失、修改、替換等精確DNA修飾的定點定向突變技術。好比有人做了一個文本又對這個版本不太滿意，需要對上面的文字內容進行必要的刪除、添加、置換、改錯之類的編輯。基因編輯則是將上述編輯的對象換成了編碼基因的DNA序列，對其進行定點的、有明確目標的改變。

謝傳曉稱，與之前基于蛋白DNA定點識別的ZFN技術、TALEN技術以及早前的歸巢核酸酶技術不同，2012年基于RNA識別的CRISPR/Cas9技術的出現將基因編輯技術帶上了新的臺階，CRISPR/Cas9技術主要是基于細菌或古細菌的II型免疫系統開發的。當外源病毒入侵時，宿主會將外源DNA的一段序列整合到CRISPR重復序列中形成間隔序列,相當于“記錄”下有害外源侵入DNA“標簽”，然后CRISPR轉錄表達與能行使DNA降解Cas蛋白DNA酶結合，特定的切割含有這種“標簽”的外源DNA，從而實現對其免疫。根據這一基本原理，研究人員找到最簡化的Cas9系統，開發了基于RNA介尋的定點識別基因編輯技術。

CRISPR技術公開發表后，國內外一些科學家迅速投入技術及其應用研究，并很快做出成果。以中國科學院遺傳與發育研究所研究員高彩霞為例，在2013年8月首次證實CRISPR/Cas9系統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，獲得了對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在基因編輯技術中屬于相對初步而簡單的，比較容易實現。基因敲除技術在部分育種和生產上也具有重大應用價值。以玉米糯性淀粉為例，謝傳曉表示，基因編輯敲除玉米的Waxy1基因即可導致玉米籽粒胚乳中淀粉為100%的支鏈淀粉，即糯性淀粉。中國農業科學院作物科學研究所正在研發玉米產量、株型、育性與雙單倍體育種技術等多個具有重大產業應用價值的基因編輯產品，其中株型、育性等兩個方面技術產品已成熟，即將推出應用。

基因編輯技術研究將開發出更多精巧的魔術手法來定點定向改變農作物物種的基因，并對遺傳育種技術與方法促成革命性的進步，因為，這項技術賦予了育種家對目標基因實現定點定向突變的技術能

力，改變了上萬年農業歷史上遺傳育種的方式，這一直是育種家孜孜以求的目標。

技術的革命性讓企業趨之若鶩

現代營銷學之父菲利普·科特勒說：“營銷的宗旨是發現并滿足需求”，消費者需求的變化是引導企業發展的燈塔。北京大北農生物技術有限公司（以下簡稱大北農）的基因編輯技術研究從2012年開始，如今已有四年的歷程。

生活中的大多數蔬菜都有自己劣質屬性的一面，例如，土豆在削皮之后容易發生褐變，不易久放，炸出的薯條還經常含有致癌物質。而基因組編輯的土豆通過敲除引發褐變和形成致癌物質的因子，從而實現了健康儲存的目的。大北農基因組編輯實驗室主任兼首席技術官楊進孝博士告訴記者，大北農的基因組編輯研究著眼于人類對優質、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研發，大北農還已經在香味優質大米、矮化玉米、抗倒水稻等作物改進方面進行了有益嘗試，在抗癌土豆、優質牧草、抗病種豬等方面，則在聯合國內外專家進行深入的研究探索。

“對于進入檢測階段的材料，大北農打算繼續深入研究，因為并不是你的雙眼皮好看，就適用于每個人，只有大量的試驗和測試，才會得出為個人量身定做的雙眼皮。所以只有當前做大量的基因測試，讓產品細致周到，未來才有機會向產業化發展。”楊進孝說，“這項技術是革命性的，是蒸汽機級別的發明，其對于醫療、疫苗、農業和發酵工業等來都極具價值，這樣的機會十年也不會有一個，如果錯過這次革命浪潮，整個中國生物技術產業可能就此在全球競爭格局中被遠遠甩掉。大北農一直以‘報國興農’為己任，我們的目標是將基因編輯技術做到世界前沿，通過自身的不斷努力，帶動中國相關產業的發展。”

楊進孝表示，基因編輯技術發展的產業化是很快的，從全球看，各大國際育種公司都在研究基因編輯技術，先鋒公司已經有不受美國監管的基因編輯產品問世，目前進入了測試階段。楊進孝稱；“如果材料本身沒有出現特殊問題的話，在未來三到五年的時間里將可能會有基因組編輯的產品大規模用于商業化用途。”

基因編輯技術未來路在何方

如今，基因編輯的熱潮在農業育種領域已經掀起一股狂潮，但是，風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網企業，未來，我國基因編輯該如何發展？政府、科研單位，企業該如何從自身出發為基因編輯技術謀取一個前程？

首先，政府是引導產業企業發展的領頭羊，因此，對于新事物的出現和發展，在政策上不能貿然放開不管，也不能嚴苛監管。基因編輯和互聯網行業很相似，當阿里巴巴出現的時候，我們開始很少使用亞馬遜。所以，國家應該讓基因編輯恰當地發展起來，以便國外產業興起的時候，我們有抵抗外部產品的東西。

在我國，官方對通過基因編輯得到的農作物一直保持著觀望態度，通過基因編輯生產出來的農產品在我國前途未卜。楊進孝稱：“我們國家在這方面的態度是積極而審慎的，相關部門已召開多次會議討論‘基因編輯技術在法規和監管方面該如何做’的問題。如今，美國、加拿大、阿根廷等國家對于基因編輯的產品在放寬并逐漸認可，就連一向監管嚴格的瑞典政府也明確表示，對于已進行基因組編輯的擬南芥不予監管，英國、德國等歐盟國家可能將會是未來第二批有類似態度的國家，面對全球的競爭，相信不久的將來，我們

國家的官方態度將會明確而科學。”

基因編輯技術和官方政策之間的矛盾相當于生產力和生產關系的矛盾，生產關系約束和管理生產力。但是，隨著生產力的發展，生產關系也會隨之發生改變。基因編輯技術的前期研發需要很大一部分資金的支持，對于企業來說，一般很難承擔這樣一筆巨額資金，所以，未來基因編輯技術的基金支持該如何規劃也是政府需要考慮的一大難題。

和文學作品一樣，基因編輯牽扯到很多的專利問題，如何在尊重知識產權和推動產業發展之間找到一個平衡點是國家未來需要思考的問題。如今基礎專利都掌握在國外申請人手里，國家能否組織起來在更大的平臺上與國外談判，以便減輕我國技術研究的專利成本。

其次，科研單位作為技術發明創造的主力，應充分發揮其自身的作用，深入研究基因編輯技術。同時，與企業開展合作，將科研成果實現有效轉化。消費者對于基因編輯產品尚沒有深刻認知，科研單位應組織起來，向廣大消費者科普相關知識，以免消費者產生誤解。

最后，企業是推動社會發展的主要驅動力，基因編輯技術推廣工作的有效實施還是在企業方面。雖然基因編輯技術的前景光明，但是在目前階段，基因編輯技術的研究停留在了解決技術質量和效率的難題上，以編輯文字為例，現在技術只能達到抹掉文字，而不能隨意改變文字。楊進孝認為，基因編輯技術未來的發展趨勢應是進一步提高特異性、降低脫靶效率、拓展技術的實用性并進一步降低技術門檻。因此，中國的企業現在還有很多的機會。技術的出現需要配套很多東西，如測試和分析平臺能否高度自動化，人才管理和思想能否提升等，這也是未來諸多挑戰的一部分。

謝傳曉工作照。

對于領頭企業來說，做革命的先行者，先投入部分資金鋪路，建立共享的平臺，以便團結更多的人，實現可持續發展；對于普通企業來說，進入基因編輯技術的研究領域，需要慎重考慮，遵循實事求是、開放包容、合作共贏的理念。盡力而為，不應盲目跟風，有限進入。用一種開放的心態對待整個產業，未來的世界是合伙人的世界，只有大家明確自己的優勢。尋找可靠的合作伙伴，取長補短，聯合起來將蛋糕做大，基因編輯未來才會有更好的發展。

馬克思說；“新事物是符合事物發展的客觀規律和前進趨勢、具有強大生命力和遠大前途的”。新事物產生之初，總是不完善的、弱小的，但它在與暫時強大的舊事物的斗爭中，最終會取得勝利。

基因組編輯，這個能夠改變生命劇本的魔術手，會帶給我們怎樣的未來？我們拭目以待。