全球基因編輯食品相繼獲批上市 院士解答：咋來(lái)的？能吃嗎？

日本12月11日通過其國(guó)內(nèi)首個(gè)基因編輯食品的銷售申請(qǐng)。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(yíng)養(yǎng)成分γ-氨基丁酸，預(yù)計(jì)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(dòng)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(guó)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(duì)肉類過敏者來(lái)說可以安全食用的肉類。因?yàn)榇蠖鄶?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(huì)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(duì)基因編輯食品在日本、美國(guó)上市的相繼獲批，《生物工程學(xué)報(bào)》特別對(duì)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(diǎn)。

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(guó)科學(xué)院院士。曾榮獲全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆⑷珖?guó)優(yōu)秀科技工作者”稱號(hào)、第八、十屆大北農(nóng)科技獎(jiǎng)、國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)(排名第一)。

受訪專家2 季維智 院士

動(dòng)物學(xué)家，主要從事靈長(zhǎng)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(guó)科學(xué)院院士。曾任中科院昆明動(dòng)物研究所所長(zhǎng)、中科院昆明靈長(zhǎng)類研究中心主任?，F(xiàn)任昆明理工大學(xué)特聘教授，靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院院長(zhǎng)，云南省靈長(zhǎng)類生物醫(yī)學(xué)動(dòng)物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室理事長(zhǎng)，生物醫(yī)學(xué)動(dòng)物模型國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心主任。“國(guó)家干細(xì)胞研究指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)”專家、“國(guó)家實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究委員會(huì)”專家組成員和973項(xiàng)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(píng)價(jià)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(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家杰出青年基金獲得者。

1970年生，1998年于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)獲得動(dòng)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(guó)后一直從事動(dòng)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)以及動(dòng)物生物技術(shù)分會(huì)理事長(zhǎng)等職。

Q1. 什么是基因編輯動(dòng)物/植物?請(qǐng)您簡(jiǎn)單介紹一下基因編輯動(dòng)物/植物制備過程或原理。

劉耀光院士： 基因編輯通俗來(lái)說是做“減法”，主要是對(duì)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(dòng)物/植物是指以動(dòng)植物的某一個(gè)或若干個(gè)有特定功能(與生長(zhǎng)或抗病相關(guān))的基因?yàn)閷?duì)象，采用基因編輯手段(如CRISPR)對(duì)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(dòng)植物的生理性狀。經(jīng)過基因組改造后的動(dòng)植物即稱為基因編輯動(dòng)物/植物。

趙要風(fēng)教授：基因編輯動(dòng)物/植物是指利用精準(zhǔn)的基因序列編輯工具(CRISPR-Cas9等)對(duì)動(dòng)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(dòng)植物表型性狀，實(shí)現(xiàn)動(dòng)植物品種改良或其他特定目標(biāo)。

Q2. 您認(rèn)為基因編輯動(dòng)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(duì)的，遺傳穩(wěn)定性是相對(duì)的?；虻淖儺?突變)來(lái)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(shí)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(gè)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?yàn)樵揥axy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(duì)優(yōu)質(zhì)米的需求?；蚓庉嫾夹g(shù)還可以對(duì)農(nóng)業(yè)動(dòng)植物的產(chǎn)量、營(yíng)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(shí)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(yíng)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(duì)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(guó)內(nèi)也有學(xué)者在做類似的產(chǎn)品。

基因編輯動(dòng)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(shí)質(zhì)等同性來(lái)確定。如果這些基因的自然突變作物經(jīng)過長(zhǎng)期的食用被認(rèn)為是安全，那么通過基因編輯手段來(lái)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(wú)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的商業(yè)化動(dòng)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(guó)FDA分別批準(zhǔn)了基因編輯番茄的銷售申請(qǐng)和基因編輯豬用于食品和醫(yī)療，這對(duì)相關(guān)領(lǐng)域有什么影響?

劉耀光院士：目前美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本、阿根廷、巴西、智利、以色列、瑞典和法國(guó)等多個(gè)國(guó)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(shí)行可以開放應(yīng)用。但對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)基因生物的管理政策相對(duì)保守，但現(xiàn)在對(duì)于基因編輯產(chǎn)品更加開放，與轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物區(qū)別對(duì)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(shí)行監(jiān)管。中國(guó)目前尚未出臺(tái)專門針對(duì)基因編輯生物的管理政策，國(guó)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(qǐng)安全評(píng)價(jià)的審查。本領(lǐng)域的科研工作者也一直非常關(guān)心何時(shí)我國(guó)可以出臺(tái)針對(duì)基因編輯產(chǎn)品的管理政策。國(guó)外對(duì)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(duì)我國(guó)的影響是正面的，希望以此為契機(jī)加速我國(guó)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(tái)。

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(dòng)政府、產(chǎn)業(yè)和公眾對(duì)這一領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)相關(guān)政策和資本的跟進(jìn)，也會(huì)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(huì)刺激政府和公司對(duì)基因編輯的研發(fā)力度，另外一方面會(huì)實(shí)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(huì)加速各國(guó)政府對(duì)其他基因編輯動(dòng)植物材料的審批。

Q4. 目前我國(guó)與國(guó)外基因編輯技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面是否在一個(gè)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(guó)處于國(guó)際先進(jìn)水平。但因?yàn)榛蚓庉嫾夹g(shù)最頂層的原理是由國(guó)外實(shí)驗(yàn)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(guó)在基因編輯技術(shù)應(yīng)用方面與國(guó)外處于相同起跑線，甚至在局部領(lǐng)域，例如靈長(zhǎng)類動(dòng)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(shì)。但在基因編輯技術(shù)基礎(chǔ)研發(fā)方面相對(duì)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(guó)外實(shí)驗(yàn)室。

趙要風(fēng)教授：整體差距不大。

Q5. 圍繞四個(gè)面向，基因編輯在我國(guó)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(shí)，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(jiǎng)?lì)C給了法國(guó)科學(xué)家?，敿~埃爾·沙爾龐捷(Emmanuelle Charpentier)和美國(guó)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(lái)，已被用于尋找針對(duì)多種疾病(包括癌癥和艾滋病等)的新療法，以及改良培育動(dòng)植物新品種等。

目前，我國(guó)的科研人員在推進(jìn)該技術(shù)轉(zhuǎn)化時(shí)，因缺乏相關(guān)管理政策，往往會(huì)無(wú)可適從。為了規(guī)范管理和促進(jìn)我國(guó)基因編輯產(chǎn)品的健康發(fā)展，希望早日出臺(tái)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?xiàng)l例，避免不切實(shí)際的要求;(2)主要對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)評(píng)估;(3)管理法規(guī)要具有可操作性，簡(jiǎn)化檢測(cè)項(xiàng)目，簡(jiǎn)化審批手續(xù);(4)管理法規(guī)要利于農(nóng)業(yè)動(dòng)植物生物技術(shù)育種的健康發(fā)展。

季維智院士：無(wú)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(duì)人民生命健康和民生發(fā)揮巨大作用。但是，我國(guó)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(dòng)我國(guó)在生物技術(shù)領(lǐng)域的原始創(chuàng)新。建議國(guó)家加大對(duì)這一領(lǐng)域基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的投入力度，并出臺(tái)有效可操作的監(jiān)管政策，促進(jìn)我國(guó)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(dòng)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?？蒲腥藛T目前在推進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化時(shí)一定要加大與企業(yè)的結(jié)合力度。

Q6. 我國(guó)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(guó)外實(shí)驗(yàn)室，建議我國(guó)加強(qiáng)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(diǎn)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(shí)產(chǎn)權(quán)的精準(zhǔn)編輯創(chuàng)新技術(shù)。

季維智院士：我國(guó)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(huì)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(gè)系統(tǒng)性的問題就是我國(guó)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(lái)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(lái)的?能吃嗎?)