改写生命剧本的魔术手基 因编辑

本刊记者|柴 帆

改写生命剧本的魔术手基 因编辑

本刊记者|柴 帆

编辑，顾名思义是对文本的文字进行删除、添加、置换、改错之类的操作。基因编辑则是将上述过程中的文字换成编码基因的DNA序列，对基因序列进行定点的、有明确目标的改变。实践表明，这一技术除了在生命科学、医学等领域产生重大影响外，在农业科技的研究中，也显示出巨大的应用前景。

近日，生物学界多名学者对河北科技大学副教授韩春雨5月2日刊发在《自然·生物技术》的论文《NgAgoDNA单链引导的基因编辑工具》一文所提及的基因编辑技术NgAgo无法重复实验提出质疑。从而将基因编辑技术这一实验室专属名词推到公众面前，有关韩春雨研究是否可信已经变成了一起热点公众事件。关于此次事件的真相，在学界得出确定的结论之前，我们不妨多一些耐心，让“子弹再飞一会儿”。

基因编辑技术除了在生命科学、医学等领域产生重大影响外，在农业科技的研究中，也显示出巨大的应用前景。

基于目前被广泛应用于试验的CRISPR-Cas9基因编辑技术，本文采访了多名专家学者及国内相关研究企业，就目前该项技术在农业领域的研究与发展进行了跟踪。

根据我们的生活经验，蘑菇在采摘后，极易变黑和腐烂,而且蘑菇对磕碰极为敏感，即便我们小心翼翼地拣货和包装，也

难免激活那些加速蘑菇腐烂的酶。所以当你走在大街上，突然有人给你一个蘑菇，并且告诉你这个蘑菇具备抵抗褐变的能力和拥有更长时间的保质期，你会不会认为这个人是个说胡话的疯子？

科技的魅力之处就在于让一切充满未知和可能，如今，这种利用CRISPR Cas9基因编辑技术得到的工程化蘑菇已经开始种植并且售卖，美国农业部目前并没有对这种新型的CRISPR/Cas9基因编辑蘑菇进行管制，这或许意味着这种新型蘑菇并不需要进行监管机构的相关监管程序来进行培养和售卖，而首个CRISPR编辑的有机体或许已经接到了美国政府的绿灯指示。

通过检测的基因编辑水稻苗

通过检测的基因编辑玉米苗

基因编辑长久吸引着育种家们

看似天方夜谭的事情就这么真实的发生了，这一切都要归结于“基因编辑”这个新技术，中国农业科学院作物科学研究所研究员谢传晓表示，基因编辑是指根据人工设计对受体目标基因进行插入、缺失、修改、替换等精确DNA修饰的定点定向突变技术。好比有人做了一个文本又对这个版本不太满意，需要对上面的文字内容进行必要的删除、添加、置换、改错之类的编辑。基因编辑则是将上述编辑的对象换成了编码基因的DNA序列，对其进行定点的、有明确目标的改变。

谢传晓称，与之前基于蛋白DNA定点识别的ZFN技术、TALEN技术以及早前的归巢核酸酶技术不同，2012年基于RNA识别的CRISPR/Cas9技术的出现将基因编辑技术带上了新的台阶，CRISPR/Cas9技术主要是基于细菌或古细菌的II型免疫系统开发的。当外源病毒入侵时，宿主会将外源DNA的一段序列整合到CRISPR重复序列中形成间隔序列,相当于“记录”下有害外源侵入DNA“标签”，然后CRISPR转录表达与能行使DNA降解Cas蛋白DNA酶结合，特定的切割含有这种“标签”的外源DNA，从而实现对其免疫。根据这一基本原理，研究人员找到最简化的Cas9系统，开发了基于RNA介寻的定点识别基因编辑技术。

CRISPR技术公开发表后，国内外一些科学家迅速投入技术及其应用研究，并很快做出成果。以中国科学院遗传与发育研究所研究员高彩霞为例，在2013年8月首次证实CRISPR/Cas9系统能够用于植物的基因组编辑，并获得了世界上第一株CRISPR编辑的植物；2014年利用TALEN和CRISPR/Cas9技术，获得了对白粉病具有广谱抗性的小麦。

基于基因编辑的基因敲除技术在基因编辑技术中属于相对初步而简单的，比较容易实现。基因敲除技术在部分育种和生产上也具有重大应用价值。以玉米糯性淀粉为例，谢传晓表示，基因编辑敲除玉米的Waxy1基因即可导致玉米籽粒胚乳中淀粉为100%的支链淀粉，即糯性淀粉。中国农业科学院作物科学研究所正在研发玉米产量、株型、育性与双单倍体育种技术等多个具有重大产业应用价值的基因编辑产品，其中株型、育性等两个方面技术产品已成熟，即将推出应用。

基因编辑技术研究将开发出更多精巧的魔术手法来定点定向改变农作物物种的基因，并对遗传育种技术与方法促成革命性的进步，因为，这项技术赋予了育种家对目标基因实现定点定向突变的技术能

力，改变了上万年农业历史上遗传育种的方式，这一直是育种家孜孜以求的目标。

技术的革命性让企业趋之若鹜

现代营销学之父菲利普·科特勒说：“营销的宗旨是发现并满足需求”，消费者需求的变化是引导企业发展的灯塔。北京大北农生物技术有限公司（以下简称大北农）的基因编辑技术研究从2012年开始，如今已有四年的历程。

生活中的大多数蔬菜都有自己劣质属性的一面，例如，土豆在削皮之后容易发生褐变，不易久放，炸出的薯条还经常含有致癌物质。而基因组编辑的土豆通过敲除引发褐变和形成致癌物质的因子，从而实现了健康储存的目的。大北农基因组编辑实验室主任兼首席技术官杨进孝博士告诉记者，大北农的基因组编辑研究着眼于人类对优质、健康、大量的饲料和食品的迫切需求，除了高效基因组编辑技术研发，大北农还已经在香味优质大米、矮化玉米、抗倒水稻等作物改进方面进行了有益尝试，在抗癌土豆、优质牧草、抗病种猪等方面，则在联合国内外专家进行深入的研究探索。

“对于进入检测阶段的材料，大北农打算继续深入研究，因为并不是你的双眼皮好看，就适用于每个人，只有大量的试验和测试，才会得出为个人量身定做的双眼皮。所以只有当前做大量的基因测试，让产品细致周到，未来才有机会向产业化发展。”杨进孝说，“这项技术是革命性的，是蒸汽机级别的发明，其对于医疗、疫苗、农业和发酵工业等来都极具价值，这样的机会十年也不会有一个，如果错过这次革命浪潮，整个中国生物技术产业可能就此在全球竞争格局中被远远甩掉。大北农一直以‘报国兴农’为己任，我们的目标是将基因编辑技术做到世界前沿，通过自身的不断努力，带动中国相关产业的发展。”

杨进孝表示，基因编辑技术发展的产业化是很快的，从全球看，各大国际育种公司都在研究基因编辑技术，先锋公司已经有不受美国监管的基因编辑产品问世，目前进入了测试阶段。杨进孝称；“如果材料本身没有出现特殊问题的话，在未来三到五年的时间里将可能会有基因组编辑的产品大规模用于商业化用途。”

基因编辑技术未来路在何方

如今，基因编辑的热潮在农业育种领域已经掀起一股狂潮，但是，风口上的投资是需要衡量的。阿里巴巴和腾讯的背后倒下了一大批互联网企业，未来，我国基因编辑该如何发展？政府、科研单位，企业该如何从自身出发为基因编辑技术谋取一个前程？

首先，政府是引导产业企业发展的领头羊，因此，对于新事物的出现和发展，在政策上不能贸然放开不管，也不能严苛监管。基因编辑和互联网行业很相似，当阿里巴巴出现的时候，我们开始很少使用亚马逊。所以，国家应该让基因编辑恰当地发展起来，以便国外产业兴起的时候，我们有抵抗外部产品的东西。

在我国，官方对通过基因编辑得到的农作物一直保持着观望态度，通过基因编辑生产出来的农产品在我国前途未卜。杨进孝称：“我们国家在这方面的态度是积极而审慎的，相关部门已召开多次会议讨论‘基因编辑技术在法规和监管方面该如何做’的问题。如今，美国、加拿大、阿根廷等国家对于基因编辑的产品在放宽并逐渐认可，就连一向监管严格的瑞典政府也明确表示，对于已进行基因组编辑的拟南芥不予监管，英国、德国等欧盟国家可能将会是未来第二批有类似态度的国家，面对全球的竞争，相信不久的将来，我们

国家的官方态度将会明确而科学。”

基因编辑技术和官方政策之间的矛盾相当于生产力和生产关系的矛盾，生产关系约束和管理生产力。但是，随着生产力的发展，生产关系也会随之发生改变。基因编辑技术的前期研发需要很大一部分资金的支持，对于企业来说，一般很难承担这样一笔巨额资金，所以，未来基因编辑技术的基金支持该如何规划也是政府需要考虑的一大难题。

和文学作品一样，基因编辑牵扯到很多的专利问题，如何在尊重知识产权和推动产业发展之间找到一个平衡点是国家未来需要思考的问题。如今基础专利都掌握在国外申请人手里，国家能否组织起来在更大的平台上与国外谈判，以便减轻我国技术研究的专利成本。

其次，科研单位作为技术发明创造的主力，应充分发挥其自身的作用，深入研究基因编辑技术。同时，与企业开展合作，将科研成果实现有效转化。消费者对于基因编辑产品尚没有深刻认知，科研单位应组织起来，向广大消费者科普相关知识，以免消费者产生误解。

最后，企业是推动社会发展的主要驱动力，基因编辑技术推广工作的有效实施还是在企业方面。虽然基因编辑技术的前景光明，但是在目前阶段，基因编辑技术的研究停留在了解决技术质量和效率的难题上，以编辑文字为例，现在技术只能达到抹掉文字，而不能随意改变文字。杨进孝认为，基因编辑技术未来的发展趋势应是进一步提高特异性、降低脱靶效率、拓展技术的实用性并进一步降低技术门槛。因此，中国的企业现在还有很多的机会。技术的出现需要配套很多东西，如测试和分析平台能否高度自动化，人才管理和思想能否提升等，这也是未来诸多挑战的一部分。

谢传晓工作照。

对于领头企业来说，做革命的先行者，先投入部分资金铺路，建立共享的平台，以便团结更多的人，实现可持续发展；对于普通企业来说，进入基因编辑技术的研究领域，需要慎重考虑，遵循实事求是、开放包容、合作共赢的理念。尽力而为，不应盲目跟风，有限进入。用一种开放的心态对待整个产业，未来的世界是合伙人的世界，只有大家明确自己的优势。寻找可靠的合作伙伴，取长补短，联合起来将蛋糕做大，基因编辑未来才会有更好的发展。

马克思说；“新事物是符合事物发展的客观规律和前进趋势、具有强大生命力和远大前途的”。新事物产生之初，总是不完善的、弱小的，但它在与暂时强大的旧事物的斗争中，最终会取得胜利。

基因组编辑，这个能够改变生命剧本的魔术手，会带给我们怎样的未来？我们拭目以待。