全球基因編輯食品相繼獲批上市,院士解答:咋來的?能吃嗎?
2020年12月24日14:37

原標題: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日通過其國內首個基因編輯食品的銷售申請。這是由日本築波大學和企業共同研發的一種基因編輯番茄,含有更多營養成分γ-氨基丁酸,預計最早將於2022年上市銷售。γ-氨基丁酸是一種天然存在的非蛋白質氨基酸,是哺乳動物中樞神經系統中重要的抑製性神經傳遞物質,具有穩定情緒等功效。

美國食品藥品監督管理局12月14日批準將基因編輯豬用於食品和醫療產品。由Revivicor醫療公司開發的經過基因編輯後使體內缺乏α-gal糖的GalSafe豬可用於生產藥物,提供器官和組織進行移植以及生產對肉類過敏者來說可以安全食用的肉類。因為大多數人體內不含有α-gal糖分子,豬體內的α-gal糖分子可能會引發人體的過敏反應,這成為了人們利用豬進行肝素生產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,《生物工程學報》特別對幾位領域內有影響力的專家老師進行了訪談,本期展示3位受訪專家的觀點。

受訪專家1 劉耀光 院士

植物遺傳學家,主要從事植物育性發育的分子遺傳和基因工程研究。

1954年生於廣東省韶關市。1981年畢業於華南農業大學(原華南農學院),1988年於日本香川大學獲碩士學位,1991年於日本京都大學獲博士學位。2017年當選為中國科學院院士。曾榮獲全國五一勞動獎章、全國優秀科技工作者”稱號、第八、十屆大北農科技獎、國家自然科學二等獎(排名第一)。

受訪專家2 季維智 院士

動物學家,主要從事靈長類生殖與發育生物學研究。

1950年生於雲南省昆明市。1982年畢業於雲南大學並獲學士學位。2017年當選為中國科學院院士。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。現任昆明理工大學特聘教授,靈長類轉化醫學研究院院長,雲南省靈長類生物醫學動物重點實驗室理事長,生物醫學動物模型國家地方聯合工程研究中心主任。“國家幹細胞研究指導協調委員會”專家、“國家實驗動物研究委員會”專家組成員和973項目首席科學家。在Cell、Cell Stem Cell、PNAS等雜誌以通訊作者或第一作者發表SCI論文70餘篇。其中,2014年在Cell發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 教授

中國農業大學生物學院教授,博士生導師,國家傑出青年基金獲得者。

1970年生,1998年於中國農業大學獲得動物遺傳育種博士學位。1998-2006年於瑞典卡羅林斯卡醫學院從事博士後研究。2006年回國後一直從事動物遺傳學相關研究工作,目前擔任農業生物技術國家重點實驗室主任、中國農業生物技術學會副理事長以及動物生物技術分會理事長等職。

Q1. 什麼是基因編輯動物/植物?請您簡單介紹一下基因編輯動物/植物製備過程或原理。

劉耀光院士: 基因編輯通俗來說是做“減法”,主要是對目標物種/受體體內原有的內源基因進行基因工程操作(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幹個有特定功能(與生長或抗病相關)的基因為對象,採用基因編輯手段(如CRISPR)對這些基因的編碼序列進行特異編輯修改,達到改變或修飾這一基因功能(如蛋白質合成)的目的,從而最終影響動植物的生理性狀。經過基因組改造後的動植物即稱為基因編輯動物/植物。

趙要風教授:基因編輯動物/植物是指利用精準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行有目的改變,通過基因失活/過表達或功能變化改變動植物表型性狀,實現動植物品種改良或其他特定目標。

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

劉耀光院士:生物在自然進化過程中,遺傳變異是絕對的,遺傳穩定性是相對的。基因的變異(突變)來源主要有3種:自然突變、人工誘變(物理誘變、化學誘變)和生物誘變(轉座子/T-DNA插入突變、基於序列特異性核酸酶 (ZFNs、TALENs、CRISPR/Cas9/Cpf1)的基因編輯)。自然突變、人工誘變和生物誘變產生的基因突變具有實質等同性,但基於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自然突變和物理化誘變。例如,作物生產中一般需要限製小麥和水稻等主要作物品種的株高,使之抗倒伏和高產。研究發現控制赤黴素合成的某個基因自然突變後可以得到半矮杆的品種。同樣地,如果利用基因編輯技術可以將高杆作物品種中的赤黴素合成基因敲除,即可達到與自然突變相同的效果和安全性。

再以我們最近發表的成果為例,米飯的軟硬度是由稻米中直鏈澱粉的含量決定的,直鏈澱粉含量越高,米飯口感越硬,反之,直鏈澱粉含量越低,米飯口感越軟。南方秈稻直鏈澱粉含量一般在25%,口感較硬;北方粳稻直鏈澱粉含量一般在15%~17%,口感適中;糯稻直鏈澱粉含量一般在2%,口感最軟。直鏈澱粉含量的高低主要受澱粉合成酶Waxy基因調控。自然界中因為該Waxy基因發生了自然突變而產生不同種類的水稻(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將秈稻品種中的Waxy基因敲除,其稻米的直鏈澱粉含量即可降至糯稻的水平;但將秈稻品種中的Waxy基因進行弱化編輯,其直鏈澱粉含量即降至17%左右和10%左右。所以,我們可利用基因編輯技術修飾Waxy基因,從而獲得直鏈澱粉含量適中、口感較好的水稻品種,最終滿足人們對優質米的需求。基因編輯技術還可以對農業動植物的產量、營養品質、抗性等許多性狀進行高效的改良。這些利用基因編輯技術創建的新種質與自然突變品種具有實質等同性,因此是安全的。

日本近期批準上市的基因編輯番茄,這種番茄使γ-氨基丁酸(一種神經營養因子)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將該分解酶對應的基因敲除,即可使番茄中的γ-氨基丁酸含量提高。因此,關鍵需要從基礎研究層面明確具體的代謝途徑,進而通過基因編輯手段進行調控。該產品本身的技術難度不高,我們國內也有學者在做類似的產品。

基因編輯動植物是否安全不能一概而論,而是要根據特定基因的編輯與其自然突變是否有實質等同性來確定。如果這些基因的自然突變作物經過長期的食用被認為是安全,那麼通過基因編輯手段來達到的與自然突變相同效果的性狀改變也可以認為是安全的。無論轉基因還是基因編輯技術,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。

趙要風教授:基因編輯作為一種技術工具,利用其獲得的性狀改變的動植物新品種在本質上等同於自然界中存在的自發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,經過法定政府機構批準的商業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分別批準了基因編輯番茄的銷售申請和基因編輯豬用於食品和醫療,這對相關領域有什麼影響?

劉耀光院士:目前美國、加拿大、澳州、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(沒有導入外源基因)作物視為非轉基因生物,在管理政策上實行可以開放應用。但對於導入外源基因的基因編輯生物的管理政策還是視同於轉基因生物。日本之前對轉基因生物的管理政策相對保守,但現在對於基因編輯產品更加開放,與轉基因產物區別對待。

歐盟和新西蘭將基因編輯作物視為轉基因生物,在管理政策上實行監管。中國目前尚未出台專門針對基因編輯生物的管理政策,國內有些科研單位開發的基因編輯作物也只能按轉基因生物安全管理辦法的程式申請安全評價的審查。本領域的科研工作者也一直非常關心何時我國可以出台針對基因編輯產品的管理政策。國外對基因編輯番茄和基因編輯豬商業化應用的批準,我認為對我國的影響是正面的,希望以此為契機加速我國關於基因編輯生物相關認定標準和管理政策的出台。

季維智院士:基因編輯技術一直被認為具有改善人類健康和生活的巨大潛力,尤其在醫學、農業和畜牧業方面的應用。基因編輯番茄/豬的批準正是有力的證據,這將一定程度推動政府、產業和公眾對這一領域的認識,促進相關政策和資本的跟進,也會加速科研領域的進一步投入。

趙要風教授:兩者的獲批一方面會刺激政府和公司對基因編輯的研發力度,另外一方面會實質性促進基因編輯技術在農業和生物醫學領域的應用。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研發和應用方面是否在一個起跑線?如果有差距,主要表現在哪些方面?

劉耀光院士:在基因編輯應用技術方面,我國處於國際先進水平。但因為基因編輯技術最頂層的原理是由國外實驗室發現的,因此在規模化商業應用方面存在專利授權的問題。

季維智院士:目前我國在基因編輯技術應用方面與國外處於相同起跑線,甚至在局部領域,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先優勢。但在基因編輯技術基礎研發方面相對落後,主要體現在缺乏原始創新,目前常用的基因編輯的核心技術都源自國外實驗室。

趙要風教授:整體差距不大。

Q5. 圍繞四個面向,基因編輯在我國農業和醫學方面,可能發揮哪些作用?科研人員目前在推進技術轉化時,需要哪些支援,您有哪些建議?

劉耀光院士: 2020年諾貝爾化學獎頒給了法國科學家埃瑪紐埃爾·沙爾龐捷(Emmanuelle Charpentier)和美國科學家珍妮弗·杜德納(Jennifer A. Doudna),因她們開發了CRISPR/Cas9基因組編輯的原理和方法,足以說明基因編輯技術的重要性。自2012年這一編輯技術誕生以來,已被用於尋找針對多種疾病(包括癌症和愛滋病等)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該技術轉化時,因缺乏相關管理政策,往往會無可適從。為了規範管理和促進我國基因編輯產品的健康發展,希望早日出台適用於基因編輯生物的管理法規,並期待:(1)基於基因編輯技術的科學原理製定管理條例,避免不切實際的要求;(2)主要對最終產品進行科學評估;(3)管理法規要具有可操作性,簡化檢測項目,簡化審批手續;(4)管理法規要利於農業動植物生物技術育種的健康發展。

季維智院士:無論在農業育種和品種改良方面,還是在基礎醫學研究和疾病治療轉化方面,基因編輯都可以對人民生命健康和民生發揮巨大作用。但是,我國基因編輯技術領域缺乏原始創新,而這一領域的有效快速發展必將推動我國在生物技術領域的原始創新。建議國家加大對這一領域基礎和應用研究的投入力度,並出台有效可操作的監管政策,促進我國在該領域的原始創新和應用。

趙要風教授:基因編輯技術在農業動植物新品種培育、高效精準的疾病模型構建、新型醫藥和治療手段或生物材料創製等方面都大有用武之地。科研人員目前在推進技術轉化時一定要加大與企業的結合力度。

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

劉耀光院士: 基因編輯領域的頂層專利目前基本都屬於國外實驗室,建議我國加強基因編輯領域的原創性基礎和應用研究的投入。在作物遺傳改良方面,需要研究發現更多的優良性狀基因,尤其是優良性狀的負調控基因(可以高效地敲除/敲弱基因改良性狀);目前的定點插入/替換(精準編輯)的效率仍有待提高,需要開發更高效、具有知識產權的精準編輯創新技術。

季維智院士:我國目前缺乏該領域原始創新和關鍵技術的突破,因此這會限製我們的發展或成為所謂“卡脖子”問題。當然,還有一個系統性的問題就是我國缺乏關鍵試劑的生產體系。

趙要風教授:技術本身不存在卡脖子問題,未來商業化應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?)

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