点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【转基因你问我答】基因修饰动物相继诞生 希望与争议何去何从?
首页> 科普频道> 三农科普> 基因故事 > 正文

【转基因你问我答】基因修饰动物相继诞生 希望与争议何去何从?

来源:光明网2021-02-04 17:30

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  编者按:

  美国基因编辑猪已上市,不仅可以食用,还可以药用。基因修饰动物产业正在加速发展,将会给人们生活带来哪些影响,未来又将何去何从?光明网基因科普团队针对相关问题邀请专家进行权威解读。

  作者:汤波 国科现代农业产业科技创新研究院 研究馆员

            赵毅强 中国农业大学 副教授

  近日,美国FDA正式批准一种无α-半乳糖的基因修饰猪可用于生产食品和医药产品等潜在用途,这是全球首个获得批准的基因修饰猪产品,也是第五个获批的基因修饰动物产品,标志着全球在基因修饰动物产业化呈加速趋势,将为人类健康带来深远影响。

  “跑步”进入基因编辑时代

  基因修饰动物是利用转基因、基因打靶和基因编辑等基因修饰技术,改变动物的基因组,使其表现出某些特殊的性状或功能。从发展历史来看,基因修饰动物可以分为三个主要发展阶段。

  第一个阶段是20世纪70年代末到20世纪末,以外源基因转入,即转基因动物为主。1980年,世界上第一只快速生长的转基因小鼠诞生,让人们看到了转基因技术在动物新品种培育方面的潜力。1982年,转基因小鼠乳腺中首次表达出外源蛋白,科学家开始设想将转基因动物改造成活体“制药车间”,以开创生物制药全新模式。80年代中后期到90年代初,转基因猪、羊、牛、鸡、鱼类等农业动物相继培育出来,后来被批准上市的转基因动物产品大多诞生在这一时间内。不过这种转基因技术有一个重要缺点,即外源基因是随机整合到基因组中,能不能表现出目标性状,表达水平是高是低,都完全靠运气。

【转基因你问我答】基因修饰动物相继诞生 希望与争议何去何从?

快速生长转基因小鼠(Nature)

  第二个阶段是20世纪80年代末到2010年,以基因敲除动物为主。人类数千种遗传病大多由单个基因突变造成,科学家们希望能将这些突变基因去掉或更正,从而治疗遗传病。1985年,美国分子生物学家马里奥·卡佩奇(Mario Capecchi)和奥利弗·史密斯(Oliver Smithies)分别独立建立动物基因打靶技术,培育出基因敲除小鼠。这项技术可对目标基因进行定点修饰,即将一些突变基因敲除,也可人为引入一些基因突变,在基因治疗、功能基因研究、异种器官移植等方面应用广泛。2007年,卡佩奇和史密斯与发明胚胎干细胞技术的英国发育学家马丁·埃文斯(Martin Evans)共享了诺贝尔生理学或医学奖。不过,由于家畜胚胎干细胞技术不成熟,基因打靶技术在诞生后的十几年里一直局限于人类细胞和小鼠身上。直到1996年体细胞克隆绵羊多利诞生后,家畜基因打靶技术才开始流行起来,基因敲除猪、羊、牛等相继培育出来,包括最近被美国FDA批准的无α-半乳糖基因敲除猪。

  第三个阶段是20世纪90年中期至今,进入基因编辑时代。基因打靶技术虽然能对目标基因进行修饰,但是效率极低,往往在上千个甚至上万个细胞中才能筛选出少数几个基因敲除细胞,获得基因敲除动物难度更大,而且一次只能对单个基因进行修饰。不过,从20世纪中期开始,以锌指核酸酶技术、TALEN技术和CRISPR/Cas9技术为代表的基因编辑技术相继诞生和成熟,特别是2013年诞生的CRISPR/Cas9技术,如同Word软件对文字进行编辑一样,实现了在基因组上进行定点、批量、高效率基因修饰,催生了无角基因编辑牛、抗蓝耳病基因编辑猪、双肌臀基因编辑羊等重大基因修饰动物新品种。随着各国基因编辑监管政策的明晰和放开,将会有更多具有重大应用价值的基因编辑动物进入市场。

  “修饰”人类生产和生活

  基因修饰动物在农业动物新品种培育、生物新药创制、异种器官移植、生命科学基础研究和重大疾病机理研究等方面都展现出巨大应用前景。

  新品种培育是动物基因修饰技术最早的应用方向,可以培育具有生长快速、品质改良、抗病力强等优良性能的动物新品种。2015年,经过近20年的食用安全和环境安全评价,加拿大和美国FDA相继批准快速生长型转基因三文鱼,开了食用转基因动物上市的先河。最近,美国、英国和中国等国家培育的无角基因编辑牛、抗蓝耳病基因编辑猪、乳球蛋白基因敲除奶牛等新型动物品种,也有希望进入市场。英国科学家培育的不育转基因蚊子已在巴西实现商业化生产,美国也已批准其在佛罗里达州开展野外放飞试验,这种转基因雄蚊携带致死基因,与之交配的野生雌蚊正常无法繁育后代,从而可控制蚊虫种群数量,减少登革热、寨卡、黄热病等蚊媒传染病的传播。

【转基因你问我答】基因修饰动物相继诞生 希望与争议何去何从?

2015年美国获准食用转基因三文鱼上市(NPR)

  生物制药技术包括基因工程细菌、基因工程动物细胞以及基因工程动物三种主要技术。目前基因工程动物细胞是生物制药的主流技术,但是基因工程动物制药技术则表现出成本低、投入少、效率高等优势。2009年、2014年和2015年,美国FDA分别批准转基因山羊、转基因兔和转基因鸡生产的重组蛋白药物上市,标志着科学家们希望将活体动物改造成“药物车间”的梦想实现。基因修饰动物另一个重要贡献是治疗性单克隆抗体的筛选,特别是免疫基因修饰小鼠。一般是利用基因打靶技术或基因敲除技术将小鼠自身的免疫球蛋白基因簇全部删除,同时转入人类免疫球蛋白重链基因和轻链基因,当注射抗原时,这些小鼠就会产生全人源免疫球蛋白,从中可筛选出特异性的单克隆抗体。自2006年第一个由基因修饰小鼠平台获得的治疗性单克隆抗体上市以来,已有19种源自免疫基因修饰小鼠的单克隆抗体上市,占已上市全人源单克隆抗体药物的2/3,在癌症、自身免疫性缺陷、骨质疏松等疾病治疗中发挥了重要作用。

  异种器官移植则是动物基因修饰技术的另一个研究热点。器官短缺是全球面临的重大医学难题,猪被认为是异种器官的理想供体。异种器官移植最大障碍是严重免疫排斥反应,因为猪细胞表面有一些人体所没有的抗原分子,如α-半乳糖。通过基因修饰技术,将猪的细胞特异抗原基因敲除,并转入人体基因,可将猪的细胞伪装成人体细胞,以躲避人体免疫系统的“围剿”。目前基因修饰猪心脏、肺脏、肾脏等器官均完成了非人灵长类动物的异种移植临床前试验评价,最长存活时间可达900天以上,预计近期将可能进入临床试验。2020年12月14日美国FDA批准的无α-半乳糖基因敲除猪也将加快这一进程,也是全球首次批准同一个基因修饰生物的食用和药用两种用途。值得一提的是,异种器官移植也受到资本市场的追捧,哈佛大学著名遗传学家乔治·丘奇(George Church)教授创立的异种器官移植公司及其中国子公司已获得近2亿美元的风险投资。

  基因修饰动物在疾病模型制备和生命科学基础研究等领域也发挥着极其重要的作用。通过引入人类遗传病相同的基因突变,可将基因修饰动物改造成模拟人类疾病的动物模型,用于疾病机理研究和新药验证,基因修饰小鼠、猪和猴等人类疾病模型较为常见,如模拟人类亨廷顿病的基因编辑猪和模拟人类自闭症的转基因猴等。每年成千上万种转基因小鼠、斑马鱼、果蝇等模式动物被世界各国的研究人员培育出来,为功能基因挖掘、新药验证等生命科学基础研究默默地做出重要贡献,基因修饰小鼠也发展成为一个重要的生物产业。

  希望与争议该何去何从

  未来将有更多的基因修饰动物及其产品进入市场,特别是基因编辑动物将更受青睐。2020年10月7日,在发明CRISPR/Cas9基因编辑技术8年后,法国生物学家埃曼纽尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和美国生物学家的詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)荣获2020年诺贝尔化学奖。除了在基因治疗方面具有巨大应用前景之外,基因修饰动物则是基因编辑技术另一个重大应用领域。早在2016年3月,国际顶级学术期刊《自然》就用封面故事的形式,准确预测了基因编辑动物时代的到来。据2019年5月《自然》杂志网站报道,随着中国和美国积极开展基因编辑动植物新品种研发,基因编辑市场蓬勃发展,原本对基因修饰技术持谨慎态度的俄罗斯也对基因编辑技术敞开了大门,推出了一项耗资1110亿卢布(17亿美元)的联邦计划,希望2020年前研制出10种新的基因编辑动植物新品种,到2027年再研制出另外20种。

【转基因你问我答】基因修饰动物相继诞生 希望与争议何去何从?

乔治·丘奇团队的无内源性逆转录病毒基因编辑猪带来异种器官移植新希望(Science)

  另外,各国对基因编辑生物可能会采取比转基因生物更为宽松的监管措施,也将加速基因编辑生物的产业化。最近,美国政府计划将基因编辑畜禽的监管权从FDA划归农业部,受到美国猪肉生产者理事会等畜禽产业组织的欢迎。美国FDA之前明确表示,任何基因修饰动物都将按新动物药物继续监管,而美国农业部则表示将不会基因编辑生物进行过度监管。

  不过,与转基因作物一样,目前基因修饰动物也存在一些争议。基于宗教信仰、科学素质等因素,有些人很难接受经过任何基因修饰的动植物,如有人将转基因三文鱼描汇成“科学怪鱼”。另一些人对基因修饰动物的动物福利、生态影响等方面提出质疑。更多的人则基因修饰动物的安全性表示担忧。不过基因修饰农业动物在批准上市之前,都经过了严格的食用安全和环境安全评价,在确保其与非基因修饰的天然动物具有等同安全性之后才会正式批准。相对而言,基因编辑动物的市场接受度要显著高于转基因动物。

  正如中国科学院副院长周琪院士等人在《国家科学评论》上指出,大型动物基因编辑技术的快速发展催生了许多对人类疾病模型、异种移植和农业经济有价值的基因编辑动物。随着对现有基因组编辑系统的进一步优化以及用于精确基因修饰的新工具持续产生,将进一步加快用于农业、再生医学和治疗应用的基因修饰动物、器官和组织的发展。

[ 责编:张蕃 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2025年世界互联网大会文化遗产数字化论坛举行

  • 电影《731》拍摄历程特展在哈尔滨举行

独家策划

推荐阅读
中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、研究员曹湖军、副研究员张炜进团队在氢负离子导体开发及应用方面取得重要进展。
2025-09-18 09:52
工业遗址与科幻主题联动,带来现实与想象交错的奇妙感受;科技手段还原知名IP场景,让游客沉浸到小说里的名场面;利用独特地质地貌,打造“地球上最像火星的地方”……来一场新鲜、有趣的科幻游,成为不少人出游的选择之一。如何做好科幻与文旅深度融合,丰富旅游供给?各地因地制宜进行了探索。
2025-09-18 09:50
记者17日从中国石化新闻办获悉,部署在四川省资阳页岩气田的2口评价井测试产量均超百万立方米,其中资页2-501HF井试获日产气140.7万立方米,刷新我国页岩气测试产量最高纪录。
2025-09-18 09:44
当今中国,科学教育受到前所未有的重视—作为人才培养的根基与路径,科学教育的潜力将变成参与国际竞争、争取国际话语权的实力。
2025-09-18 09:43
日前,由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头承担的聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)遥操作系统测试平台通过专家组测试与验收。
2025-09-18 09:40
“科创游”是一种将科技与旅游相结合的新型旅游形式,不仅展示科技企业的生产过程和产品,还注重科技教育的普及和科技创新的体验
2025-09-17 10:23
此次大会将讨论通过“人与生物圈计划”及其世界生物圈保护区网络杭州战略行动计划,明确未来十年的发展方向、目标和行动方案
2025-09-17 10:21
人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器要“上天”进入预定轨道,运载火箭少不了。在“火箭家族”展台,长征一号至五号运载火箭模型笔直而立。
2025-09-17 10:20
在化学生物学研究中,有一种强大的“分子地图绘制技术”——邻近标记技术。在癌症免疫治疗中,免疫细胞需要足够强和足够多的“信号”才能发起攻击,但癌细胞表面的天然信号往往非常稀疏。
2025-09-17 10:18
当前,秋粮陆续进入成熟期。各地抓住最后的窗口期,落实落细各项增产措施,全力以赴抓好秋粮生产,确保秋粮丰产丰收。
2025-09-17 09:32
人工智能的浪潮正在席卷从科技到教育,乃至全社会的各个角落,中国教育界正在积极推动学习和应用人工智能,以便乘势站在时代前列。今年6月,中国工程院院士、华中科技大学校长尤政提出,人工智能和批判性思维结合形成DNA式的“双螺旋结构”,将有力推动创新。
2025-09-16 09:14
15日,在2025年国家网络安全宣传周主论坛上,《人工智能安全治理框架》2.0版正式发布。落实《全球人工智能治理倡议》,《人工智能安全治理框架》1.0版于2024年9月发布,受到国内外广泛关注。
2025-09-16 09:13
光明日报北京9月15日电 记者陈晨从农业农村部获悉,2025畜禽种业发展论坛14日在北京市平谷区举行。论坛发布了第三次全国畜禽遗传资源普查、濒危畜禽遗传资源保护成效、主要畜种分子身份证构建和遗传评估优秀种公畜等重大成果,举办了畜禽种业振兴成果展,26家单位现场推介新技术、新设备、新成果,72家单位进行专场展示。
2025-09-16 09:13
数智技术以及数智互联技术将推进青年间社会化协同与知识共享,可精准连接青年学习者,并形成跨地域的学习社群与项目协作组。总而言之,数智技术能够为青年群体参与终身学习创造良好条件,能够充分激发青年群体参与终身学习的动力,能够更好地帮助青年群体全面发展。
2025-09-16 09:12
作者:王 珩、程松泉,分别系浙江师范大学教师教育学院教授;浙江师范大学教师教育学院博士生  当前,全球教育正经历一场由人工智能技术驱动的深刻变革。唯有坚守育人初心,在伦理框架内审慎推进技术应用,才能让人工智能真正成为引领教育发展的引擎,而非解构教育本质的飓风。
2025-09-16 09:11
在合成生物学和气候变化应对领域有巨大潜力。
2025-09-16 09:11
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
加载更多