“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。

多年来,基因工程已应用于医学、农业和工业领域。随着现有技术的精密程度提高,基因工程正进入新的发展阶段。基因技术还能做什么,会有什么样的影响?我们与马克·莱纳斯探讨了这些问题。他是康奈尔大学农业和生命科学学院访问学者,以及多本环境著作的作者。

迄今为止,基因工程如何发挥作用,面临哪些发展障碍?

总体而言,基因技术现在被用作细菌载体。简单地说,就是把相关DNA段植入生物——例如使胡萝卜生成维他命A的DNA;将其植入一种细菌,通常为农杆菌(agrobacterium tumefaciens),然后把细菌导入希望改造的生物,比如水稻。细菌就发挥输送功能,将胡萝卜的DNA段植入水稻的基因组。

这是一项经过证明的可靠技术。难点在于让胡萝卜DNA准确实现预期的效果,这就需要精密地植入水稻基因组的正确位置,但过去没有办法控制细菌的准确抵达之处。这有点像是编辑一本书,方法却是从另一本书抽取一段,然后随机贴到这本书中。你可能得多次重复这一过程,才能得到期望的结果。

什么发生了变化?

现在,新的技术能够更加精密地编辑DNA,如同用文字处理软件编辑一本书。目前,最令人激动的一项技术是CRISPR-Cas9。本质上,这是一种分子,能够在基因组中找到特定点,并精准地剪切或植入DNA组块。

CRISPR-Cas9技术并不是发明出来,而是在自然界发现的,这是一种已经进化了数十亿年的微生物。概括地说,当一个生物遭到病毒攻击,就会夺走病毒的部分DNA,植入自己的基因组,当再次遭遇病毒时,生物就能够记起并予以反击。直到2013年,科学家才发现CRISPR-Cas9 在自然界的作用方式,意识到它可以成为基因技术的工具,因此,许多用途还在探索之中。

CRISPR-Cas9并不是使基因工程更加精密的唯一新技术。另一个例子是ZFN。作为一项抗HIV技术的基础,ZFN的研究进展更快,目前已进入第二阶段临床试验。而到目前为止,并不能保证CRISPR-Cas9 适用于人类治疗。但研究者对其易用性已经十分雀跃。

更精密的基因工程会产生什么影响?

首先,和任何技术一样,一旦变得低廉、易用,就会得到越来越广泛的利用,因此我们预计,在未来几年,围绕基因工程的活动和创新会迎来爆发。

从宣传的角度,现在能够直接编辑基因组而不必拼接来自其他生物的DNA组块,也有可能改变公众对于基因工程的认知。遗憾的是,关于“转基因”生物有很多争议,造成官方障碍重重,意味着在欧盟、非洲和亚洲的大部分地方几乎无法种植转基因作物。相比起生物基因改造的可操作性(现已十分简单,本科生即可完成),监管方面的障碍更为严峻,而新技术为此提供了改变局面的宝贵机会。

在安全性方面,新技术有什么不同?                                       

没有不同,这都是公众认知的问题。争议很大程度上来自对DNA作用方式的普遍误解。DNA本质上只是含有四个字母的字母表,是为了将所有生物必需的生物信息进行编码。但许多人会认为,某个生物的DNA会带有这种生物的本质要素。因此,当听说把猪的基因植入香蕉,人们往往会十分反感;怀疑穆斯林是否还能吃这种香蕉等等。

指出别人的错误并不轻松,因此,就得设法打破僵局,如果公众听到的是直接编辑生物的基因组,可能会更容易接受。这种做法让人感觉更接近传统的选择育种,只需要等待偶然突变,产生理想效果。更高的精密度也能缓解对意外后果的担心。现在涌现的许多创新将主要使发展中国家的小农受益,这也有助于进一步提高公众的认可。

更精密的基因工程将带来哪些主要的长期效益?

我们可以看到农业会受益良多,经过基因工程改良的作物能够更好地应对气候变化,占用较少的资源,如土地、淡水和肥料。农民可不必过于依赖广谱杀虫剂喷洒作物。在理想的情况下,采用基因工程进行改良后,作物能够抵御最可能造成伤害的病原体,这将使病原体在激烈的逆向竞争中突变。相关的技术应用也可用于提高畜牧业的产量,尽管公众对转基因动物的敏感可能会限制这方面的应用。

在治疗人类疾病方面,鉴于基因在大量疾病中的作用,精密基因工程事实上几乎有无限可能。精密基因编辑创造了个性化医疗的机会,可以根据我们自身特有的DNA制定疗法。此外,我们也别忘了工业应用,隔离系统中的基因工程微生物可以创造出包括药品和生物燃料在内的一切成果。

 


作者:马克·莱纳斯(Mark Lynas是康奈尔大学农业和生命科学学院访问学者

以上内容仅代表作者个人观点。世界经济论坛博客是一个独立且中立的平台,旨在集合各方观点讨论全球、区域及行业性重要话题。