高 楊，趙長志，謝勝松，周 全，李長春，趙書紅

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430070）

0 前言

景陽岡上有棵樹，樹上掛了個(gè)牌兒：近因景陽岡猛虎傷人，但有過往客商，應(yīng)結(jié)伙成隊(duì)過岡，請(qǐng)勿自誤。可見大多數(shù)人怕虎，以至于談虎色變。如今，這個(gè)警示牌可能要掛到菜市場門口了，菜市場有什么可怕的？轉(zhuǎn)基因。

與其說是“怕”，不如說是“不了解”?！稗D(zhuǎn)基因”這個(gè)詞在今天看來更像是一個(gè)社會(huì)上通俗的稱呼。我們搞不清“基因”是什么，但凡涉及到基因?qū)用娴膭?dòng)植物，就劍指“轉(zhuǎn)基因”，這很容易導(dǎo)致食品安全恐慌，也使得科學(xué)研究受到擾亂。在科學(xué)研究中，基因?qū)用娴牟僮鞫喾N多樣，最容易理解的或許就是轉(zhuǎn)基因，即給基因換個(gè)位置。然而，除此之外還有多種基因操作技術(shù)，當(dāng)把這些基因操作技術(shù)的農(nóng)業(yè)成果統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品時(shí)，意味著“轉(zhuǎn)基因”這個(gè)詞匯是一個(gè)大雜燴。社會(huì)上對(duì)于轉(zhuǎn)基因的討論是建立在一個(gè)混亂的前提下，“剪不斷，理還亂”是在所難免的。厘清幾個(gè)常見的基因操作技術(shù)是理性對(duì)待它的前提。基因操作技術(shù)大致包括基因敲入、基因敲除、基因編輯等。相比于“轉(zhuǎn)基因”，這些專業(yè)詞匯在定義上更精確，由此更容易正確理解基因操作技術(shù)。

1 遺傳物質(zhì)

形形色色的動(dòng)植物在傳宗接代時(shí)為什么會(huì)保持穩(wěn)定？原因就在于遺傳物質(zhì)，上一代將遺傳物質(zhì)傳遞給下一代，實(shí)現(xiàn)了物種的穩(wěn)定。所有動(dòng)植物的遺傳物質(zhì)是脫氧核糖核酸，即DNA。DNA由四種核苷酸構(gòu)成，四種核苷酸不同的排列方式?jīng)Q定了這條DNA鏈的特異性，DNA鏈的特異性也正是不同物種有不同特征的遺傳基礎(chǔ)。

生物的進(jìn)化是一個(gè)相當(dāng)緩慢的過程，且進(jìn)化方向是由大自然決定的。人類社會(huì)某種意義上改變了一些物種的遺傳物質(zhì)進(jìn)化的方向及速度。自然界中的野豬生長緩慢，頭部占整個(gè)身體比例大，產(chǎn)仔數(shù)有限，性情兇猛；這些特點(diǎn)都是野豬為了在殘酷的自然界生存進(jìn)化而來的。然而，我們將野豬馴化成家豬，使之性情溫順、產(chǎn)肉多、產(chǎn)仔多，這都是人類社會(huì)為了滿足自我需求而進(jìn)行選擇的結(jié)果。

2 基因及其功能

基因和遺傳物質(zhì)是怎樣的關(guān)系呢？簡單通俗地講，某個(gè)基因是DNA長鏈的某一段。這一段DNA可以獨(dú)立地完成特定生物學(xué)功能，比如豬的某一段DNA（基因）決定了這頭豬的毛色是白色。

既然基因與生物外在表型直接相關(guān)，我們就可以對(duì)某一個(gè)基因進(jìn)行改造，使之對(duì)應(yīng)的表型發(fā)生改變，從而達(dá)到某種目的?；蚯萌胧歉淖兓虻奈恢?，可能跨越了物種，也可能發(fā)生在同一物種內(nèi)。比如把魚的一個(gè)基因從其DNA鏈上切下來，通過一定方法將它連接到西紅柿的DNA鏈上，于是西紅柿的遺傳物質(zhì)里就有了不屬于自身的基因，我們可以把這個(gè)過程稱為轉(zhuǎn)基因?；蚯贸]有改變基因位置，只是在原有基因上進(jìn)行清除改造，目前將之歸屬于基因編輯范疇為佳。比如將豬的某個(gè)基因破壞掉，使之失去功能，與之對(duì)應(yīng)的性狀就會(huì)發(fā)生改變。一個(gè)生物個(gè)體的遺傳物質(zhì)包含了億萬個(gè)核苷酸對(duì)（生物體內(nèi)核苷酸是成對(duì)存在的），比如人有近30億對(duì)，大鼠有超過27億對(duì)，豬有超過24億對(duì)。在如此多的核苷酸中，一個(gè)或幾個(gè)發(fā)生了變化，我們認(rèn)為DNA發(fā)生了編輯。雖然只有少數(shù)核苷酸發(fā)生了變化，但可能產(chǎn)生巨大的效果。

改變某生物DNA中一個(gè)或幾個(gè)核苷酸，對(duì)生物體產(chǎn)生的影響，可能是不利的，比如造成某些遺傳疾病；但也可能是有利的，比如增加產(chǎn)肉量。我們可以利用這種方法對(duì)某些生物個(gè)體進(jìn)行基因編輯，使之朝著有利于人類社會(huì)的方向改變。這一點(diǎn)在畜牧水產(chǎn)、農(nóng)作物、醫(yī)學(xué)動(dòng)物模型上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。舉一個(gè)畜牧業(yè)上的例子，我們飼養(yǎng)肉用家畜主要是為了獲取瘦肉，研究發(fā)現(xiàn)豬、牛等動(dòng)物有一個(gè)基因，這個(gè)基因的作用是抑制肌肉的發(fā)育，也就是說這個(gè)基因使得動(dòng)物肌肉生長受限，如果通過基因編輯的方法破壞掉這個(gè)基因，那么肌肉會(huì)生長得更豐滿，從而獲得更多的瘦肉。只需改變這個(gè)基因的幾個(gè)核苷酸，就能得到更多的肉，每頭豬或牛產(chǎn)肉增多，生產(chǎn)效率提高。于生產(chǎn)者，于消費(fèi)者，都是有利的。那么，這是科研工作者天馬行空的想象嗎？其實(shí)不然，這種現(xiàn)象自然界固有之。比利時(shí)有一種牛叫比利時(shí)藍(lán)牛，這種牛天生肌肉豐滿，產(chǎn)肉率明顯高于其他牛品種，原因在于抑制肌肉生長的基因（MSTN）在進(jìn)化過程中自然地發(fā)生了變化，不再具有活性，故出現(xiàn)了肌肉豐滿的性狀。我們?nèi)藶榈卦谄渌麆?dòng)物中改變這個(gè)基因，使得比利時(shí)藍(lán)牛的偶然現(xiàn)象擴(kuò)大化，提高畜牧養(yǎng)殖的生產(chǎn)效率，這是對(duì)大自然“杰作”的一種模仿和應(yīng)用。

3 基因編輯豬

基因組編輯技術(shù)是近年來發(fā)展起來的可以對(duì)基因組完成精確修飾的一種技術(shù)，可完成基因的定點(diǎn)刪除、插入和點(diǎn)突變等。豬是人類主要的食肉來源之一，同時(shí)也是生物醫(yī)學(xué)研究中不可或缺的模式大動(dòng)物。傳統(tǒng)的選育方法耗時(shí)長，成本高昂，效果有限，阻礙了豬的經(jīng)濟(jì)性狀遺傳改良的快速發(fā)展。利用基因組編輯技術(shù)，可以快速對(duì)豬進(jìn)行遺傳改良，特別是在醫(yī)學(xué)模型的改造上顯示出巨大的優(yōu)勢。

基因編輯可快速構(gòu)建基因突變或敲除基因。2015年，Qian等人利用ZFNs技術(shù)實(shí)現(xiàn)了肌生成抑制蛋白（Myostatin，MSTN）基因敲除豬，陽性豬出現(xiàn)了明顯的雙肌臀表型[1]。同年，Wang等人利用CRISPR/Cas9技術(shù)同樣實(shí)現(xiàn)了MSTN基因敲除豬[2]。在基因編輯動(dòng)物中，是否有篩選標(biāo)記是評(píng)價(jià)安全性的重要內(nèi)容，因此，在基因編輯動(dòng)物技術(shù)研究中，怎樣去除篩選標(biāo)記一直以來是研究者關(guān)注的問題。但是在陽性率較低的現(xiàn)實(shí)下，篩選標(biāo)記往往是必需的。目前比較通行的去除篩選標(biāo)記的手段是利用Cre/LoxP重組系統(tǒng)。2016年，Bi等人結(jié)合利用CRISPR/Cas9技術(shù)和Cre/LoxP重組系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)敲除豬MSTN基因的同時(shí)，篩選標(biāo)記可以通過雜交去除[3]，這在生物安全層面有重大意義。除了提高肉質(zhì)等經(jīng)濟(jì)性狀外，基因敲除也可以應(yīng)用于抗病育種。某些細(xì)菌病毒入侵機(jī)制中需要關(guān)鍵的受體，如果我們能改變這些受體就可以達(dá)到抵御病原入侵的目的[4]。2017年，Burkard等人敲除了豬藍(lán)耳病受體CD163的一個(gè)結(jié)構(gòu)域，攻毒實(shí)驗(yàn)顯示可以抵御豬藍(lán)耳病毒感染[5]。這啟示我們?cè)诜酪哌^程中除了藥物防疫之外還有一條更加有效的捷徑，可以利用基因編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)徹底地抵御某種病原?；蚯贸哪康氖瞧茐哪硞€(gè)基因，現(xiàn)在我們有更精確的技術(shù)實(shí)現(xiàn)基因功能阻斷。單堿基突變技術(shù)只需突變一個(gè)堿基，在基因外顯子制造終止密碼子，致使蛋白質(zhì)翻譯過程提前終止，達(dá)到基因阻斷的目的。2017年，Billon等人利用單堿基突變技術(shù)高效地在基因外顯子區(qū)域引入終止密碼子[6]，為基因敲除技術(shù)開辟了新的天地。

與基因敲除相比，基因敲入技術(shù)較為困難。20 14年Cui等人將人乳鐵蛋白基因和溶菌酶基因敲入到豬基因組[7]，使之在豬的乳腺中表達(dá)，從而成功構(gòu)建了乳腺反應(yīng)器。2015年P(guān)eng等人利用CRISPR/Cas9技術(shù)將人白蛋白基因敲入豬的基因組，從豬血清中提純獲得人白蛋白[8]；同年Ruan等人同樣利用CRISPR/Cas9技術(shù)定點(diǎn)敲入基因，發(fā)現(xiàn)豬基因組中有一個(gè)可以使敲入基因高表達(dá)的位點(diǎn)[9]。通過基因敲入實(shí)現(xiàn)抗病育種有強(qiáng)大的優(yōu)勢，因?yàn)閯?dòng)物獲得的這種抗性是可以遺傳給后代的，這使得一個(gè)品系永久擁有這種抗性，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值不言而喻。20 17年趙建國團(tuán)隊(duì)通過在豬基因組中敲入U(xiǎn)CP1基因，使得初生仔豬抗寒能力增強(qiáng)[10]，提高了仔豬生活力，對(duì)養(yǎng)豬業(yè)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同年，Gao等人將NRAMP1基因敲入到?；蚪M，實(shí)現(xiàn)了牛對(duì)結(jié)核分枝桿菌的抗性[11]，這說明基因編輯抗病育種在多種家畜上均可應(yīng)用。Park等人利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲入基因時(shí)，采用了Cas9蛋白而不是質(zhì)粒[12]，降低了外源基因組殘留的概率，對(duì)無標(biāo)記基因組修飾有參考意義。在醫(yī)學(xué)動(dòng)物模型方面基因敲入豬也顯示出巨大優(yōu)勢，2017年賴良學(xué)團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了Cas9蛋白誘導(dǎo)表達(dá)豬，并且在此模型上成功模擬了肺癌的發(fā)生[13]，為人類腫瘤醫(yī)學(xué)提供了重要的研究材料。此外，由于豬的生理與人體相似，豬作為器官移植的供體也越來越受到醫(yī)學(xué)界的關(guān)注[14]。為了解決人體對(duì)豬器官的免疫排斥，必須對(duì)豬進(jìn)行基因改造，此過程是通過基因編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。隨著CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因敲入技術(shù)的發(fā)展，精準(zhǔn)、安全、高效的基因敲入給生物安全以保障，將給養(yǎng)豬業(yè)帶來巨大的效益。

4 基因編輯與生物安全

對(duì)轉(zhuǎn)基因問題的辯論點(diǎn)在哪里？安全、倫理是焦點(diǎn)。安全性問題首先要討論的是基因操作技術(shù)本身的安全性。轉(zhuǎn)基因技術(shù)也是經(jīng)歷了一系列的發(fā)展，技術(shù)手段不斷改進(jìn)。最新的基因操作技術(shù)CRISPR/Cas9技術(shù)，以及前期的ZFN（鋅指核酸酶）技術(shù)、TALEN（轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶）技術(shù)等都能做到精確的基因編輯，這些技術(shù)能在DNA鏈精確目標(biāo)位置上發(fā)揮功能?；虼虬芯拖裨诤棋暮塑账岷Ｑ罄锎_定一個(gè)目標(biāo)然后導(dǎo)彈制導(dǎo)打靶，以往技術(shù)不成熟，基因打靶是“打哪指哪”；現(xiàn)在技術(shù)成熟了，是“指哪打哪”。這是質(zhì)的轉(zhuǎn)變，直接把基因編輯技術(shù)從“摸黑”的困境引領(lǐng)到“光明大道”。當(dāng)然，基因編輯技術(shù)也會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，我們必須評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，不斷改進(jìn)技術(shù)把風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受的安全范圍內(nèi)。

轉(zhuǎn)基因食品的安全性很多國家已經(jīng)制定了評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，我們國家也有嚴(yán)格的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。與幾個(gè)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物種植大國例如美國、加拿大等國相比，我國對(duì)待轉(zhuǎn)基因作物的態(tài)度是十分謹(jǐn)慎的，目前我國批準(zhǔn)種植的轉(zhuǎn)基因作物只有棉花和番木瓜兩種。世界范圍內(nèi)大面積種植的轉(zhuǎn)基因玉米、油菜、棉花、大豆等已經(jīng)昭示一個(gè)現(xiàn)實(shí)：無論如何，必須接受轉(zhuǎn)基因作物的存在。已經(jīng)批準(zhǔn)上市多年的轉(zhuǎn)基因食物，并沒有出現(xiàn)不良反應(yīng)。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，多年的實(shí)踐已經(jīng)很大程度上證明了其安全性。當(dāng)然，是否接受轉(zhuǎn)基因食品，個(gè)人有選擇的自由，莫要把自己的觀點(diǎn)強(qiáng)加于他人，重要的是，如何對(duì)待轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品要建立在理性、科學(xué)的基礎(chǔ)上，切莫跟風(fēng)。目前轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品絕大部分是植物，這是因?yàn)橹参锏慕Y(jié)構(gòu)、生長發(fā)育過程相對(duì)簡單，基因容易操作控制的原因。但是，基因操作技術(shù)發(fā)展到今天，在動(dòng)物上的應(yīng)用已經(jīng)可行，基因編輯動(dòng)物或轉(zhuǎn)基因動(dòng)物必然是發(fā)展趨勢。2015年11月，美國批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因三文魚上市，這是第一個(gè)上市的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，也必定不會(huì)是最后一個(gè)。

其實(shí)，利用基因操作技術(shù)生產(chǎn)的生物產(chǎn)品不局限于我們的食物，很多疫苗、藥品都是基因工程產(chǎn)品，基因編輯、轉(zhuǎn)基因等就是基因工程的基本手段。所以，利用基因操作技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品就在我們身邊，很多人也享受過基因操作技術(shù)帶來的好處。譬如被狗咬傷，我們會(huì)去打狂犬疫苗，而狂犬疫苗就是利用基因編輯技術(shù)得到的。依靠基因編輯技術(shù)我們得以防止狂犬病的發(fā)生，這說明我們研發(fā)基因操作技術(shù)的初衷就是利用它為人類服務(wù)，現(xiàn)實(shí)也的確如此。

倫理問題是一個(gè)棘手的問題，轉(zhuǎn)基因技術(shù)剛剛興起時(shí)，只是在科研層次進(jìn)行，這個(gè)問題還未凸顯。但是科研是為實(shí)際生產(chǎn)服務(wù)的，隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展成熟，必然會(huì)到生產(chǎn)層面上，當(dāng)轉(zhuǎn)基因進(jìn)入到與我們息息相關(guān)的食品中時(shí)，轉(zhuǎn)基因大討論也隨之而來。

關(guān)于倫理問題的討論，無非兩個(gè)方面：于人類社會(huì)，于生物本身。對(duì)于行使基因操作技術(shù)行為的主體，人類是在發(fā)揮主觀能動(dòng)性改造世界，還是在挑戰(zhàn)大自然平衡。正確看待這個(gè)問題，首先不能神化或妖化基因操作技術(shù)，其次不能跟風(fēng)起哄。從科學(xué)理性的角度來看，科研領(lǐng)域里我們認(rèn)識(shí)基因、改造基因、利用基因，是人類認(rèn)知生命現(xiàn)象的一種方法，是合理的。基因操作技術(shù)從科研領(lǐng)域轉(zhuǎn)到實(shí)際生產(chǎn)，這應(yīng)該是必然的。畢竟，科學(xué)研究的目的就是指導(dǎo)實(shí)踐。科技成果給生產(chǎn)生活帶來的革新和便利是事實(shí)，有些科學(xué)技術(shù)確實(shí)是雙刃劍，不管是它本身瑕不掩瑜，還是出于現(xiàn)實(shí)的無奈，我們依然冒著潛在的風(fēng)險(xiǎn)利用它，好比明知道核能的危險(xiǎn)卻依然不得不盡量做好安防措施以利用之，因?yàn)槲覀冃枰芰?。我們?duì)基因操作技術(shù)的依賴性還沒有到如此地步，畢竟，靠現(xiàn)有的手段還能基本滿足人類社會(huì)對(duì)食物的需求。但是在未來，這種狀態(tài)是否可以持續(xù)，無從而知，但是有一點(diǎn)，未雨綢繆一定是明智的。對(duì)于生物體本身，人為的基因編輯是否違背自然法則，或者是否違背自然界的倫理道德。這些討論都忽略了一個(gè)前體：人類社會(huì)的特殊性。人類社會(huì)利用有限的資源，有限的空間，承載大量人口，這對(duì)于其他生物是不可能的。能實(shí)現(xiàn)如此目的，原因是人類改造自然界的能力，我們可以人為培育我們需要的資源，只要是可再生的我們就可以持續(xù)再生產(chǎn)。因此，人類社會(huì)控制下的農(nóng)作物、家養(yǎng)動(dòng)物不能完全按照自然界其他生物去看待。生命是平等的，善待生命是崇高的。但是，人類社會(huì)在利用資源時(shí)，殺戮和血腥是必然存在的，這也無需掩飾。在一個(gè)文明的社會(huì)里，我們能做的，是盡量在利用資源時(shí)合理合規(guī)，節(jié)約資源，良好的生產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)范，遵循動(dòng)物福利的屠宰流程等等。在某種意義上，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，就相應(yīng)地減少對(duì)自然野生資源的索取，是間接地保護(hù)自然資源。因此，不僅僅是基因操作技術(shù)，所有以提高生產(chǎn)效率為目的的技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐，在嚴(yán)格的安全性監(jiān)督下，都值得嘗試。

5 展望

基因敲入、基因敲除、基因編輯等基因?qū)用娴牟僮骷夹g(shù)還處在不斷發(fā)展和完善階段，同時(shí)生物安全問題和相關(guān)的監(jiān)管條例需要由國家層面來制定。越來越多的功能基因被解析，理論上可以利用基因編輯技術(shù)改造某些功能基因加以利用，這使得基因編輯技術(shù)應(yīng)用前景越來越廣泛?；蚓庉嫾夹g(shù)有力地推進(jìn)了豬遺傳育種的進(jìn)程，短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)遺傳改良，在豬遺傳育種中的廣泛應(yīng)用是必然趨勢。

關(guān)于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的爭議，依然如火如荼地進(jìn)行著；轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)，任重而道遠(yuǎn)。科研工作者需要不斷開發(fā)完善更加安全有效的基因操作技術(shù)，社會(huì)上需要更多的普及和推廣。人類認(rèn)識(shí)了基因，對(duì)之改造加以利用，若有益，利用之；若有害，摒棄之。今天我們害怕“轉(zhuǎn)基因”，究其原因，依然是不了解導(dǎo)致。未來，整個(gè)社會(huì)都能正確理性對(duì)待這個(gè)新技術(shù)及其產(chǎn)品，于科學(xué)研究，于人類社會(huì)發(fā)展，甚好。

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