“精密基因工程”是世界经济论坛2015年十大新兴技术》报告列出的十大创新之一。20150303-ET10-PGE-Chn-01

传统基因工程一直饱受争议。然而,新技术正在兴起,使我们可以直接“编辑”植物的遗传密码,以提高植物营养成分、更好地适应气候变化等。

当前,农作物基因工程主要依靠根癌土壤杆菌(agrobacterium tumefaciens)这一细菌,来将所需DNA输入目标基因组当中。这一技术是经过了事实检验的可靠技术,尽管大众对此仍有担忧,但科学界一致认为,采用该技术对有机体进行基因改良,其风险并不会高于采用传统培育方式对有机体进行改良。不过,尽管土壤杆菌作用明显,但近年来已开发出了更为精密、更为多样的基因组编码技术。

这些技术包括锌指核酸酶(ZFNs)、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENS)和近期推出的可在细菌中演化为病毒防御机理的CRISPR-Cas9系统。这种系统使用核糖核酸分子来锁定目标DNA,并在目标基因组中按照一组已知的、用户选定的序列进行剪切。这样,便能抑制不需要的基因,或者将该基因进行改良,使其发挥出与自然变异别无二致的功用。通过采用“同源重组”的办法,CRISPR也可用于精确地向基因组中植入新的DNA序列乃至完整的基因。

基因工程另一个有望取得重要进展的领域是将核糖核酸干扰技术(RNAi)用到农作物身上。核糖核酸干扰可有效预防病毒和真菌病原体,保护植物免受病虫害,减少对化学杀虫剂的需求。病毒基因已广泛用于保护木瓜树免遭环斑病毒侵害。以夏威夷为例,采用此法十多年来,并没有出现病毒抗药性增强的迹象。此外,核糖核酸干扰也能惠及主要粮食作物,预防小麦杆锈病、稻瘟病、马铃薯晚疫病、香蕉枯萎病等。

很多此类创新会给发展中国家小户农民带来极大助益。如此这般,随着人们逐渐认识到基因工程能为数百万人增加收入、改善饮食,有关基因工程的争议或能有所减少。此外,更为精密的基因组编码也助于消除公众恐惧,尤其由于这当中并未涉及外源基因,也就不会让人们觉得改良后的动植物是转基因产品。

从整体来看,这些技术有望减少水、土地、化肥等各个方面的投入和使用,同时帮助农作物更好地适应气候变化,从而促进农业的可持续发展。

 


作者:梅博纳,IBM公司首席创新官兼副总裁,世界经济论坛新兴技术跨界理事会主席。

这份榜单的编制,汇集了理事会各位理事的集体智慧,包括:卡内基梅隆大学教授威廉·维泰克(William “Red” Whittaker、哈佛大学工程与应用科学学院汉格威格魏斯教授詹妮弗·刘易斯(Jennifer Lewis、基础医学公司(Foundation Medicine Inc)总裁兼首席执行官迈克·贝里尼(Mike Pellini、德勤公司先进材料与制造部门专家杰夫·卡尔贝克(Jeff Carbeck、卡内基梅隆大学人机交付技术教授贾斯汀·卡塞尔(Justine Cassell、洛桑联邦理工学院(EPFL)教授亨利·马克兰(Henry Markram 、比萨圣安娜高等学校(Scuola Superiore Sant’Anna)生物机器人研究所所长帕奥罗·达里奥(Paolo Dario、康奈尔大学农业与生命科学院访问学者马克·林纳斯 Mark Lynas和加州理工学院材料学与力学教授茱莉亚·格里尔(Julia Greer等。

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