比利時藍牛是一種體型龐大的動物,能提供數量異常多的優質瘦牛肉,這是幾十年選擇性育種的結果。現在,一個來自韓國和中國的科學家團隊表示,他們已經使用一種更快捷的方法創造出了豬的等效品種。
這些“雙肌”豬是透過破壞或編輯單個基因而產生的——這種改變比傳統的基因改造(將一個物種的基因移植到另一個物種)要小得多。因此,它們的創造者希望監管機構對這些豬採取寬鬆的態度,並且該品種可能是首批被批准供人類食用的基因工程動物之一。
首爾國立大學的分子生物學家金鎮洙(Jin-Soo Kim)是這項研究的負責人,他認為他的基因編輯只是加速了一個過程,至少在原則上,這個過程可以透過更自然的方式發生。“我們可以透過育種來實現這一點,”他說,“但那樣需要幾十年。”
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由於擔心對環境和健康產生負面影響,世界上還沒有任何基因工程動物被批准供人類食用。快速生長的轉基因大西洋鮭魚在美國食品和藥物管理局的監管中已經處於擱置狀態 20 年(參見 Nature 497, 17–18; 2013)。
金和他的同事是越來越多的研究人員中的一員,他們希望基因編輯(可以用來停用或敲除單個基因)能夠避免這種情況。在農業中應用基因編輯的報道包括創造無角牛。(牛角使動物難以處理,目前採用痛苦的手術將其燒掉。)研究人員還培育了對非洲豬瘟病毒具有免疫力的豬。
創造雙肌豬的關鍵是肌肉生長抑制素基因 (MSTN) 的突變。MSTN 會抑制肌肉細胞的生長,從而控制肌肉的大小。但在一些牛、狗和人類中,MSTN 會被破壞,肌肉細胞會增殖,從而形成異常大量的肌纖維。
為了在豬中引入這種突變,金使用了稱為 TALEN 的基因編輯技術,該技術由一個 DNA 切割酶連線到一個 DNA 結合蛋白組成。該蛋白質引導切割酶進入細胞內的特定基因(在本例中為 MSTN),然後將其切割。細胞的天然修復系統將 DNA 縫合在一起,但在此過程中通常會刪除或新增一些鹼基對,從而使基因功能失調。
該團隊編輯了豬的胎兒細胞。在選擇了一個 TALEN 敲除 MSTN 基因的兩個複製的編輯細胞後,金的合作者、延邊大學的動物克隆研究員尹希俊將其轉移到卵細胞中,並創造了 32 只克隆小豬。
金和他的團隊尚未發表他們的研究結果。然而,德國新斯塔特弗里德里希·洛弗勒研究所的豬基因編輯工具先驅海納·尼曼(Heiner Niemann)表示,這些豬的照片“顯示出雙肌動物的典型表型”。他特別指出,它們具有這類動物典型的突出後腿肌肉。
尹表示,初步調查表明,這些豬提供了許多雙肌牛的好處,例如瘦肉和每隻動物的肉產量更高。然而,它們也存在一些問題。例如,小豬體型過大導致分娩困難。而且,32 只豬中只有 13 只活到了 8 個月大。尹表示,其中兩隻仍然活著,只有一隻被認為是健康的。
金和尹計劃使用這些豬來提供精子,而不是試圖用它們來生產肉,這些精子將出售給農民,用於與正常豬雜交。他們說,產生的後代將帶有一個被破壞的 MSTN 基因和一個正常的基因,會更健康,儘管肌肉不如那些豬發達;該團隊現在正在使用另一種更新的稱為 CRISPR/Cas9 的基因編輯技術進行相同的實驗。去年 9 月,研究人員報告說,他們使用另一種基因編輯方法開發出了雙肌牛和雙肌羊的新品種 (C. Proudfoot et al. Transg. Res. 24, 147–153; 2015)。
由於基因編輯是一個相對較新的現象,各國才剛剛開始考慮如何監管農業植物和動物中的基因編輯。有一些跡象表明,政府機構將比對待傳統形式的基因改造更寬容地看待它:美國和德國的監管機構已經宣佈,一些基因編輯作物不在其管轄範圍之內,因為沒有新的 DNA 被納入基因組中。但是,在日本札幌北海道大學研究國際生物技術法規的石井哲也(Tetsuya Ishii)在對轉基因法規進行了國際比較後表示,隨著基因編輯在動物中的進展,它將引起越來越大的警惕。
金希望向中國的農民推銷經過編輯的豬精子,因為中國對豬肉的需求正在上升。那裡的監管環境可能有利於他的計劃。石井說,中國正在大力投資基因編輯,並且歷史上監管體系比較寬鬆。他說,監管機構會很謹慎,但有些人可能會將不涉及基因轉移的基因工程排除在嚴格的法規之外。“我認為中國會率先行動,”金說。
本文經許可轉載,並於 2015 年 6 月 30 日首次發表。