全球基因編輯食品相繼獲批上市 院士解答：咋來的？能吃嗎？

日本12月11日通過其國內(nèi)首個基因編輯食品的銷售申請。這是由日本筑波大學(xué)和企業(yè)共同研發(fā)的一種基因編輯番茄，含有更多營養(yǎng)成分γ-氨基丁酸，預(yù)計最早將于2022年上市銷售。γ-氨基丁酸是一種天然存在的非蛋白質(zhì)氨基酸，是哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的抑制性神經(jīng)傳遞物質(zhì)，具有穩(wěn)定情緒等功效。

美國食品藥品監(jiān)督管理局12月14日批準(zhǔn)將基因編輯豬用于食品和醫(yī)療產(chǎn)品。由Revivicor醫(yī)療公司開發(fā)的經(jīng)過基因編輯后使體內(nèi)缺乏α-gal糖的GalSafe豬可用于生產(chǎn)藥物，提供器官和組織進(jìn)行移植以及生產(chǎn)對肉類過敏者來說可以安全食用的肉類。因為大多數(shù)人體內(nèi)不含有α-gal糖分子，豬體內(nèi)的α-gal糖分子可能會引發(fā)人體的過敏反應(yīng)，這成為了人們利用豬進(jìn)行肝素生產(chǎn)或器官移植過程中的阻礙。

編者按：針對基因編輯食品在日本、美國上市的相繼獲批，《生物工程學(xué)報》特別對幾位領(lǐng)域內(nèi)有影響力的專家老師進(jìn)行了訪談，本期展示3位受訪專家的觀點。

受訪專家1 劉耀光 院士

植物遺傳學(xué)家，主要從事植物育性發(fā)育的分子遺傳和基因工程研究。

1954年生于廣東省韶關(guān)市。1981年畢業(yè)于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)(原華南農(nóng)學(xué)院)，1988年于日本香川大學(xué)獲碩士學(xué)位，1991年于日本京都大學(xué)獲博士學(xué)位。2017年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。曾榮獲全國五一勞動獎?wù)隆⑷珖鴥?yōu)秀科技工作者”稱號、第八、十屆大北農(nóng)科技獎、國家自然科學(xué)二等獎(排名第一)。

受訪專家2 季維智 院士

動物學(xué)家，主要從事靈長類生殖與發(fā)育生物學(xué)研究。

1950年生于云南省昆明市。1982年畢業(yè)于云南大學(xué)并獲學(xué)士學(xué)位。2017年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。曾任中科院昆明動物研究所所長、中科院昆明靈長類研究中心主任?，F(xiàn)任昆明理工大學(xué)特聘教授，靈長類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院院長，云南省靈長類生物醫(yī)學(xué)動物重點實驗室理事長，生物醫(yī)學(xué)動物模型國家地方聯(lián)合工程研究中心主任。“國家干細(xì)胞研究指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會”專家、“國家實驗動物研究委員會”專家組成員和973項目首席科學(xué)家。在Cell、Cell Stem Cell、PNAS等雜志以通訊作者或第一作者發(fā)表SCI論文70余篇。其中，2014年在Cell發(fā)表的基因編輯猴的論文被評價為人類疾病模型建立的里程碑性工作。

受訪專家3 趙要風(fēng) 教授

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，國家杰出青年基金獲得者。

1970年生，1998年于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)獲得動物遺傳育種博士學(xué)位。1998-2006年于瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院從事博士后研究。2006年回國后一直從事動物遺傳學(xué)相關(guān)研究工作，目前擔(dān)任農(nóng)業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室主任、中國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)會副理事長以及動物生物技術(shù)分會理事長等職。

Q1. 什么是基因編輯動物/植物?請您簡單介紹一下基因編輯動物/植物制備過程或原理。

劉耀光院士： 基因編輯通俗來說是做“減法”，主要是對目標(biāo)物種/受體體內(nèi)原有的內(nèi)源基因進(jìn)行基因工程操作(敲除、修飾)，是特異的和可控的。

季維智院士：基因編輯動物/植物是指以動植物的某一個或若干個有特定功能(與生長或抗病相關(guān))的基因為對象，采用基因編輯手段(如CRISPR)對這些基因的編碼序列進(jìn)行特異編輯修改，達(dá)到改變或修飾這一基因功能(如蛋白質(zhì)合成)的目的，從而最終影響動植物的生理性狀。經(jīng)過基因組改造后的動植物即稱為基因編輯動物/植物。

趙要風(fēng)教授：基因編輯動物/植物是指利用精準(zhǔn)的基因序列編輯工具(CRISPR-Cas9等)對動植物本身具有的基因序列進(jìn)行有目的改變，通過基因失活/過表達(dá)或功能變化改變動植物表型性狀，實現(xiàn)動植物品種改良或其他特定目標(biāo)。

Q2. 您認(rèn)為基因編輯動物/植物，作為食品(肉類)或者糧食安全嗎?如果安全，為什么安全呢?

劉耀光院士：生物在自然進(jìn)化過程中，遺傳變異是絕對的，遺傳穩(wěn)定性是相對的?；虻淖儺?突變)來源主要有3種：自然突變、人工誘變(物理誘變、化學(xué)誘變)和生物誘變(轉(zhuǎn)座子/T-DNA插入突變、基于序列特異性核酸酶 (ZFNs、TALENs、CRISPR/Cas9/Cpf1)的基因編輯)。自然突變、人工誘變和生物誘變產(chǎn)生的基因突變具有實質(zhì)等同性，但基于序列特異性核酸酶的生物誘變的特異性(專一性)最高，因而具有最高的生物安全特性和可追溯性。

以往育種主要是根據(jù)自然突變和物理化誘變。例如，作物生產(chǎn)中一般需要限制小麥和水稻等主要作物品種的株高，使之抗倒伏和高產(chǎn)。研究發(fā)現(xiàn)控制赤霉素合成的某個基因自然突變后可以得到半矮桿的品種。同樣地，如果利用基因編輯技術(shù)可以將高桿作物品種中的赤霉素合成基因敲除，即可達(dá)到與自然突變相同的效果和安全性。

再以我們最近發(fā)表的成果為例，米飯的軟硬度是由稻米中直鏈淀粉的含量決定的，直鏈淀粉含量越高，米飯口感越硬，反之，直鏈淀粉含量越低，米飯口感越軟。南方秈稻直鏈淀粉含量一般在25%，口感較硬;北方粳稻直鏈淀粉含量一般在15%~17%，口感適中;糯稻直鏈淀粉含量一般在2%，口感最軟。直鏈淀粉含量的高低主要受淀粉合成酶Waxy基因調(diào)控。自然界中因為該Waxy基因發(fā)生了自然突變而產(chǎn)生不同種類的水稻(包括秈稻、粳稻和糯稻)，其中粳稻中Waxy基因功能被弱化，糯稻中Waxy基因功能基本喪失。我們利用基因編輯技術(shù)將秈稻品種中的Waxy基因敲除，其稻米的直鏈淀粉含量即可降至糯稻的水平;但將秈稻品種中的Waxy基因進(jìn)行弱化編輯，其直鏈淀粉含量即降至17%左右和10%左右。所以，我們可利用基因編輯技術(shù)修飾Waxy基因，從而獲得直鏈淀粉含量適中、口感較好的水稻品種，最終滿足人們對優(yōu)質(zhì)米的需求。基因編輯技術(shù)還可以對農(nóng)業(yè)動植物的產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)、抗性等許多性狀進(jìn)行高效的改良。這些利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)建的新種質(zhì)與自然突變品種具有實質(zhì)等同性，因此是安全的。

日本近期批準(zhǔn)上市的基因編輯番茄，這種番茄使γ-氨基丁酸(一種神經(jīng)營養(yǎng)因子)增加4~5倍。野生型番茄中含有分解γ-氨基丁酸的酶，如果利用基因編輯技術(shù)將該分解酶對應(yīng)的基因敲除，即可使番茄中的γ-氨基丁酸含量提高。因此，關(guān)鍵需要從基礎(chǔ)研究層面明確具體的代謝途徑，進(jìn)而通過基因編輯手段進(jìn)行調(diào)控。該產(chǎn)品本身的技術(shù)難度不高，我們國內(nèi)也有學(xué)者在做類似的產(chǎn)品。

基因編輯動植物是否安全不能一概而論，而是要根據(jù)特定基因的編輯與其自然突變是否有實質(zhì)等同性來確定。如果這些基因的自然突變作物經(jīng)過長期的食用被認(rèn)為是安全，那么通過基因編輯手段來達(dá)到的與自然突變相同效果的性狀改變也可以認(rèn)為是安全的。無論轉(zhuǎn)基因還是基因編輯技術(shù)，都僅是基因操作的手段和工具，其是否安全主要還是要看所操作的具體對象基因。

趙要風(fēng)教授：基因編輯作為一種技術(shù)工具，利用其獲得的性狀改變的動植物新品種在本質(zhì)上等同于自然界中存在的自發(fā)基因突變的動植物品種。作為一種新型的育種手段，通過基因編輯獲得的，經(jīng)過法定政府機構(gòu)批準(zhǔn)的商業(yè)化動植物品種作為食品(肉類)或者糧食是安全的。

Q3. 近期日本和美國FDA分別批準(zhǔn)了基因編輯番茄的銷售申請和基因編輯豬用于食品和醫(yī)療，這對相關(guān)領(lǐng)域有什么影響?

劉耀光院士：目前美國、加拿大、澳大利亞、日本、阿根廷、巴西、智利、以色列、瑞典和法國等多個國家已將基因編輯(沒有導(dǎo)入外源基因)作物視為非轉(zhuǎn)基因生物，在管理政策上實行可以開放應(yīng)用。但對于導(dǎo)入外源基因的基因編輯生物的管理政策還是視同于轉(zhuǎn)基因生物。日本之前對轉(zhuǎn)基因生物的管理政策相對保守，但現(xiàn)在對于基因編輯產(chǎn)品更加開放，與轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物區(qū)別對待。

歐盟和新西蘭將基因編輯作物視為轉(zhuǎn)基因生物，在管理政策上實行監(jiān)管。中國目前尚未出臺專門針對基因編輯生物的管理政策，國內(nèi)有些科研單位開發(fā)的基因編輯作物也只能按轉(zhuǎn)基因生物安全管理辦法的程序申請安全評價的審查。本領(lǐng)域的科研工作者也一直非常關(guān)心何時我國可以出臺針對基因編輯產(chǎn)品的管理政策。國外對基因編輯番茄和基因編輯豬商業(yè)化應(yīng)用的批準(zhǔn)，我認(rèn)為對我國的影響是正面的，希望以此為契機加速我國關(guān)于基因編輯生物相關(guān)認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和管理政策的出臺。

季維智院士：基因編輯技術(shù)一直被認(rèn)為具有改善人類健康和生活的巨大潛力，尤其在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)方面的應(yīng)用?；蚓庉嫹?豬的批準(zhǔn)正是有力的證據(jù)，這將一定程度推動政府、產(chǎn)業(yè)和公眾對這一領(lǐng)域的認(rèn)識，促進(jìn)相關(guān)政策和資本的跟進(jìn)，也會加速科研領(lǐng)域的進(jìn)一步投入。

趙要風(fēng)教授：兩者的獲批一方面會刺激政府和公司對基因編輯的研發(fā)力度，另外一方面會實質(zhì)性促進(jìn)基因編輯技術(shù)在農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。另外兩者的獲批可能也會加速各國政府對其他基因編輯動植物材料的審批。

Q4. 目前我國與國外基因編輯技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面是否在一個起跑線?如果有差距，主要表現(xiàn)在哪些方面?

劉耀光院士：在基因編輯應(yīng)用技術(shù)方面，我國處于國際先進(jìn)水平。但因為基因編輯技術(shù)最頂層的原理是由國外實驗室發(fā)現(xiàn)的，因此在規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用方面存在專利授權(quán)的問題。

季維智院士：目前我國在基因編輯技術(shù)應(yīng)用方面與國外處于相同起跑線，甚至在局部領(lǐng)域，例如靈長類動物模型和基因編輯治療的臨床研究方面有一定領(lǐng)先優(yōu)勢。但在基因編輯技術(shù)基礎(chǔ)研發(fā)方面相對落后，主要體現(xiàn)在缺乏原始創(chuàng)新，目前常用的基因編輯的核心技術(shù)都源自國外實驗室。

趙要風(fēng)教授：整體差距不大。

Q5. 圍繞四個面向，基因編輯在我國農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)方面，可能發(fā)揮哪些作用?科研人員目前在推進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化時，需要哪些支持，您有哪些建議?

劉耀光院士： 2020年諾貝爾化學(xué)獎頒給了法國科學(xué)家埃瑪紐埃爾·沙爾龐捷(Emmanuelle Charpentier)和美國科學(xué)家珍妮弗·杜德納(Jennifer A. Doudna)，因她們開發(fā)了CRISPR/Cas9基因組編輯的原理和方法，足以說明基因編輯技術(shù)的重要性。自2012年這一編輯技術(shù)誕生以來，已被用于尋找針對多種疾病(包括癌癥和艾滋病等)的新療法，以及改良培育動植物新品種等。

目前，我國的科研人員在推進(jìn)該技術(shù)轉(zhuǎn)化時，因缺乏相關(guān)管理政策，往往會無可適從。為了規(guī)范管理和促進(jìn)我國基因編輯產(chǎn)品的健康發(fā)展，希望早日出臺適用于基因編輯生物的管理法規(guī)，并期待：(1)基于基因編輯技術(shù)的科學(xué)原理制定管理條例，避免不切實際的要求;(2)主要對最終產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)評估;(3)管理法規(guī)要具有可操作性，簡化檢測項目，簡化審批手續(xù);(4)管理法規(guī)要利于農(nóng)業(yè)動植物生物技術(shù)育種的健康發(fā)展。

季維智院士：無論在農(nóng)業(yè)育種和品種改良方面，還是在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究和疾病治療轉(zhuǎn)化方面，基因編輯都可以對人民生命健康和民生發(fā)揮巨大作用。但是，我國基因編輯技術(shù)領(lǐng)域缺乏原始創(chuàng)新，而這一領(lǐng)域的有效快速發(fā)展必將推動我國在生物技術(shù)領(lǐng)域的原始創(chuàng)新。建議國家加大對這一領(lǐng)域基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的投入力度，并出臺有效可操作的監(jiān)管政策，促進(jìn)我國在該領(lǐng)域的原始創(chuàng)新和應(yīng)用。

趙要風(fēng)教授：基因編輯技術(shù)在農(nóng)業(yè)動植物新品種培育、高效精準(zhǔn)的疾病模型構(gòu)建、新型醫(yī)藥和治療手段或生物材料創(chuàng)制等方面都大有用武之地。科研人員目前在推進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化時一定要加大與企業(yè)的結(jié)合力度。

Q6. 我國科技領(lǐng)域有很多的卡脖子問題亟待解決，基因編輯領(lǐng)域是否存在卡脖子問題?如果有，您有什么建議呢?

劉耀光院士： 基因編輯領(lǐng)域的頂層專利目前基本都屬于國外實驗室，建議我國加強基因編輯領(lǐng)域的原創(chuàng)性基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的投入。在作物遺傳改良方面，需要研究發(fā)現(xiàn)更多的優(yōu)良性狀基因，尤其是優(yōu)良性狀的負(fù)調(diào)控基因(可以高效地敲除/敲弱基因改良性狀);目前的定點插入/替換(精準(zhǔn)編輯)的效率仍有待提高，需要開發(fā)更高效、具有知識產(chǎn)權(quán)的精準(zhǔn)編輯創(chuàng)新技術(shù)。

季維智院士：我國目前缺乏該領(lǐng)域原始創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)的突破，因此這會限制我們的發(fā)展或成為所謂“卡脖子”問題。當(dāng)然，還有一個系統(tǒng)性的問題就是我國缺乏關(guān)鍵試劑的生產(chǎn)體系。

趙要風(fēng)教授：技術(shù)本身不存在卡脖子問題，未來商業(yè)化應(yīng)用存在基因編輯工具使用的專利問題。

(原題為 特別訪談Ⅰ：基因編輯食品咋來的?能吃嗎?)