3.19‍‍‍‍‍‍‍‍
知识分子
The Intellectual
图源：Pixabay
撰文丨汤波  李垲、刘夏仪、李宁
●                  ●                   ●
近日，全球动物育种龙头Genus公司在学术杂志《The CRISPR Journal》[1]公布了该公司基因编辑抗蓝耳猪最新研究进展，显示其已完成抗蓝耳猪从“概念验证”到“商业应用”的重大突破。
由于抗蓝耳猪有望成为首个在美国大规模进入消费市场的基因编辑动物产品，该消息受到《科学》（Science）[2]等的广泛关注。
全球养猪业的“噩梦”
2020年10月，因为发明CRISPR/Cas9基因编辑技术，法国生物学家埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和美国生物学家詹妮弗·杜德纳（Jennifer Anne Doudna）获得了当年诺贝尔化学奖，此时距离她们发明该技术不到8年时间。
在如此短的时间内能获得全球科技界最重要的奖项，这主要缘于以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术可精准地对任何生物的基因组进行修饰，并在医学和农业育种等方面得到广泛应用。
由于基因编辑技术可在不引入外源基因的情况下对农作物和动物基因组进行精准修饰，让新品种快速获得理想的性状，突破传统育种技术的时间限制和技术瓶颈，也避免了公众对类似转基因技术引入外源基因所带来的安全担忧，相关的基因编辑动植物产品已被很多国家视同为传统育种品种，不需要额外监管，因此基因编辑技术正在创造一系列常规技术无法实现的新品种，包括Genus公司的基因编辑抗蓝耳猪。
猪蓝耳病，也称猪呼吸及繁殖障碍综合征（PRRS），自1987年在美国发现以来可谓全球养猪业的“噩梦”。感染PRRS病毒的猪发热、厌食以及继发性细菌性呼吸疾病，妊娠母猪晚期发生早产流产，产死胎、弱胎和木乃伊，每年给美国造成6亿美元的损失，我国每年损失更是高达240亿元人民币。目前，单纯依靠疫苗无法有效防控蓝耳病，而且疫苗接种容易引发猪应激，影响猪的生产性能，需要寻找更加有效的蓝耳病防控途径。
研究显示，PRRS病毒主要侵害猪肺内巨噬细胞，导致猪机体的非特异性免疫功能下降,引发相关病毒和细菌病原并发和继发感染。大多数病毒感染机体需要细胞表面的蛋白受体帮助，例如，新冠病毒需要与人体呼吸道细胞表面上的血管紧张素转换酶2(ACE2)结合，才能顺利入侵人体。PRRS病毒也不例外，猪巨噬细胞表面的CD163蛋白是PRRS病毒入侵的关键受体。没有这个结合位点，PRRS病毒就不能进入猪的细胞进行病毒复制，也无法感染猪。基因编辑技术则可对目标基因进行精准的修饰，包括破坏CD163基因，使其无法在猪细胞表面正常表达CD163蛋白。
2016年，美国密苏里大学Randall Prather教授团队与Geneus公司的研发人员合作，首次利用CRISPR基因编辑的方法，在不引入外源基因的情况下，将编码CD163蛋白的等位基因破坏，使其无法在猪巨噬细胞表面表达CD163蛋白，从而阻断了PRRS病毒入侵猪呼吸细胞的路径。据该研究小组发表在国际著名学术期刊《自然·生物技术》上的论文显示[3]，经病毒攻击试验，所有基因编辑猪均经受了PRRS病毒的攻击，无一感染该病毒，也没有表现出其典型的临床症状，而对照的非基因编辑猪则无一幸免，全部中招，均表现出典型的PRRS症状。该研究表明CD163基因编辑猪具有100%的抗蓝耳特性。
已做好上市准备
时隔8年，以Genus公司研究人员为主的研究团队在《The CRISPR Journal》[1]杂志上公布了基因编辑抗蓝耳猪的最新研究成果，Genus公司已完成了基因编辑抗蓝耳猪从小规模“概念验证”过渡到大规模种群“商业应用”的关键突破。经过多年的努力，基因编辑抗蓝耳性状已被成功导入到4个具有基因多样性的精英商业种猪群体中，包括在全球种猪繁育中广泛应用的大白猪、长白猪、杜洛克猪，以及白猪杂交组合群体。经过3代连续检测，这些经过筛选的基因编辑抗蓝耳种群都完整地遗传了编辑过的CD163双等位基因，且避免了在全基因组水平上出现脱靶效应，即除CD163基因之外的非预期基因修饰。细胞和动物攻毒实验显示，这些商业种猪群体可对抗多种在美国流行的PRRS毒株，攻毒后病毒核酸和抗体检测均为阴性，表明这些种猪具有100%抗蓝耳性状。
Genus公司研发团队还与普渡大学（Purdue University）和明尼苏达大学兽医诊断实验室（UMN VDL）等单位合作，对基因编辑抗蓝耳猪全生长周期生产性能、肉质、抗性等进行了分析，发现从出生、育肥到繁殖阶段，抗蓝耳猪除具有完全蓝耳抗性之外，其生产性能、繁殖性能、胴体性状、猪肉品质等方面和普通猪没有差异，该研究结果2024年3月13日在线发表在《Frontiers in Genome Editing》期刊上。[4]
研究人员表示，这些基因编辑种猪群体将作为原始种群，用于额外的疾病和性状测试和种群扩繁。一旦获得监管部门批准，这些创始种群还将用于快速商业销售，以大幅节省上市时间。
与此同时，Genus公司正在积极寻求各国监管部门的审批。2023年10月，哥伦比亚政府率先做出了有利的监管决定，认为Genus公司的基因编辑抗蓝耳猪与普通的猪具有相似的安全性，成为全球首个批准抗蓝耳猪上市的国家，有望拉开抗蓝耳猪在全球主要猪肉生产国的监管审批大幕。目前，Genus公司已向或计划向美国、加拿大、中国、日本、墨西哥和巴西以及其他猪肉生产国递交抗蓝耳猪的监管申请。
据《科学》杂志披露，目前美国FDA正以“研究性新兽药”名义对基因编辑抗蓝耳猪进行监管审查，预计最快在2024年内批准抗蓝耳猪在美国上市。不过，“研究性新兽药”被认为是“一条异常昂贵的监管途径”，需要提交多次申请以确定基因编辑猪的安全性、遗传能力和代际稳定性，以及对病毒的抵抗力等。美国加州大学戴维斯分校的动物遗传学家Alison Van Eenennaam认为FDA如此繁复的监管审批程序是没有必要的，因为基因编辑与转基因不同，转基因生物体中引入了来自其他物种的DNA，而基因编辑仅涉及猪自身内部DNA改变，未引入外源基因，且创造的改变在自然界也有可能发生。
FDA已批准四种食用基因工程动物产品
到目前为止，FDA已按照类似监管审批程序正式批准了四种食用基因工程动物产品[2]。一种是AquaBounty公司生产的AquAdvantage三文鱼，其基因组内引入了来自另一种鱼类的基因使得生长速度更快，达到上市规格的生长周期从3年左右缩短到18个月，目前该产品已在美国和加拿大等国家小规模销售，主要面向三文鱼养殖户。第二种是Revivicor公司生产的GalSafe猪，GalSafe猪的α-1,3半乳糖转移酶基因被敲除，使其细胞表面无法合成α-半乳糖分子，可避免某些人群食用猪肉过敏反应，或减少器官移植时免疫排斥反应，预计将在2024年晚些时候进入商业化生产。另外两种分别是美国华盛顿州立大学的基因编辑猪和Acceligen公司“PRLR-SLICK”的耐热短毛牛，前者只是“Investigational Food Use Authorization （研究性食品使用授权）”，后者因所创造基因组改变等同于自然界突变获得FDA“低风险”豁免许可，这些产品均尚未大规模上市。
全球监管政策正发生深刻变化
相对而言，全球其他国家的基因编辑监管政策正在发生深刻变化，日本、阿根廷、哥伦比亚、英国等国家对于未引入外源基因的基因编辑动物，一般将其视同为传统育种产品，均采取简化的审批程序，也无需进行额外监管措施。
这些简化而科学的监管政策也让这些国家的基因编辑动物产业化走了全球前列。例如，此前从未批准转基因动植物在本土种养殖的日本，近年来相继批准了多例自主培育的基因编辑动植物品种上市销售，包括2021年12月批准的具有快速生长性状的基因编辑虎豚和红绸鱼[5]，以及2023年10月批准的快速生长基因编辑比目鱼[6]，日本已成为批准食用基因编辑动物产品最多的国家，有望引领全球基因编辑水产新品种产业化。另外，阿根廷和哥伦比亚等国家也分别率先批准了快速生长基因编辑罗非鱼和基因编辑抗蓝耳猪。
在转基因生物监管方面相对保守的欧盟和英国，也放松了基因编辑动植物监管。2023年3月23日，英国政府颁布《基因技术法案》[7]，该法案将允许在英国使用包括基因编辑在内的新基因组技术，精准、有针对性地改变生物体的遗传密码，从而使动植物获得更有利的特性，包括动植物的抗病能力。2024年1月24日，欧盟议会首次为基因编辑植物新规则开绿灯[8]，允许采取简化的监管政策，不再将未引入外源基因的基因编辑作物视为转基因作物，有望加速欧盟基因编辑作物新品种开发。
近来，科学界、产业界甚至包括监管部门的专家对简化基因编辑动物监管政策的呼声日益高涨。2024年3月6日，一个由多国政府机构、科研院校和企业的专家组成的委员会在《CABI农业与生物科学》杂志上发表评论文章，鼓励各国政府制定明确的与风险相称的监管方法[9]，例如应基于个案和最终产品对基因编辑动物实施安全评价和监管，对无外源基因导入的基因编辑动物产品按照常规动物产品对待，不再按照转基因动物的程序进行监管，这也是大多数已制定基因编辑动物监管政策的国家的普遍做法。
我国目前是国际基因编辑动物研发种类最多的国家，占全球的一半以上，而我国基因编辑动物研发论文数量几乎是美国的2倍。另外，一些种业领军企业和初创企业也正在加大投入开展基因编辑动物研发，首农股份、广东温氏、中国农业大学、中山大学等单位研制出抗蓝耳猪等基因编辑畜禽产品，性能与Genus公司的相当，同样已具备产业化条件。在此背景下，中国政府正在积极推进基因编辑动植物产业化。2022年1月，农业农村部发布了《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》[10]，高油酸、高品质基因编辑大豆相继获得安全证书，极大地促进了我国基因编辑作物研究热情和产业发展。2023年6月，农业农村部组织制定了《农业用基因编辑动物安全评价指南》，并向全社会公开广泛征求意见，但是到目前为止该指南尚未正式对外发布，对我国基因编辑动物创新和产业发展造成了一定障碍。
因此，很多专家一再呼吁，希望我国尽快正式出台基因编辑动物监管政策。例如，全国政协委员、中国科学院院士曹晓风连续两年提交了关于基因编辑动物的提案[11]，建议尽早正式发布基因编辑动物安全评价指南，并制定和发布农业用基因编辑动物的评审细则，让基因编辑动物的研发单位对产业化路径能有清晰的预期。全国人大代表、中国工程院院士印遇龙也提交了类似的建议[12]，并得到了农业农村部的答复，该部表示“一直积极跟踪国内外基因编辑动物的研发进展和监管政策，正在研究制定农业用基因编辑动物安全评价指南。”
参考文献：（上下滑动可浏览）
[1]Burger BT, Beaton BP, Campbell MA, et al. Generation of a Commercial-Scale Founder Population of Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus Resistant Pigs Using CRISPR-Cas. CRISPR J. 2024 Feb;7(1):12-28. 
[2]https://www.science.org/content/article/poised-be-first-widely-consumed-gene-edited-animals-virus-resistant-pigs-trot-toward
[3]Whitworth KM, Rowland RR, Ewen CL, et al. Gene-edited pigs are protected from porcine reproductive and respiratory syndrome virus. Nat Biotechnol. 2016 Jan;34(1):20-2.
[4]Nesbitt C, Galina Pantoja L, Beaton B, et al. Pigs lacking the SRCR5 domain of CD163 protein demonstrate heritable resistance to the PRRS virus and no changes in animal performance from birth to maturity.Front. Genome Ed. 2024,6:1322012.
[5]https://www.nature.com/articles/s41587-021-01197-8
[6]https://scc-japan.jp/en/3rd-gene-edited-fish-notified-japan-2/
[7]https://www.gov.uk/government/news/genetic-technology-act-key-tool-for-uk-food-security
[8]https://www.science.org/content/article/european-parliament-votes-ease-regulation-gene-edited-crops
[9]Hallerman, E., Bredlau, J., Camargo, L.S.A. et al. Enabling regulatory policy globally will promote realization of the potential of animal biotechnology. CABI Agric Biosci 5, 25 (2024). https://doi.org/10.1186/s43170-024-00221-6
[10]http://www.moa.gov.cn/ztzl/zjyqwgz/sbzn/202201/t20220124_6387561.htm
[11]https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2024/3/378702.shtm
[12]http://www.moa.gov.cn/govpublic/KJJYS/202308/t20230811_6434120.htm

‍
关注《知识分子》视频号
get更多有趣、有料的科普内容
END
继续阅读
阅读原文
关键词
基因编辑
技术
基因编辑技术
公司
基因组