精确基因工程技术是 2015年10大新兴技术 之一,由 世界经济论坛新兴技术元理事会重点推介。
传统基因工程长期以来一直饱受争议。然而,新技术正在兴起,使我们能够直接“编辑”植物的基因密码,例如使其更具营养价值,或更能适应气候变化。
目前,作物的基因工程依赖于 根癌农杆菌(agrobacterium tumefaciens) ,将所需DNA导入目标基因组。该技术成熟可靠,尽管公众普遍存在担忧,但科学界的共识是,使用该技术对生物体进行基因改造,其风险并不高于常规育种。然而,虽然 农杆菌 仍有用处,近年来已开发出更为精准、多样的基因组编辑技术。
这些技术包括锌指核酸酶(ZFNs)、TALEN,以及较新近出现的CRISPR-Cas9系统,该系统在细菌中演化形成,是其抵御病毒的防御机制。CRISPR-Cas9系统利用RNA分子靶向DNA,在目标基因组中切割至已知的、由用户选定的序列。这可以使不需要的基因失活,或以与自然突变在功能上无法区分的方式对其进行修饰。借助“同源重组”,CRISPR还可用于以精确的方式将新的DNA序列乃至整个基因插入基因组中。
基因工程的另一方面似乎即将取得重大进展,即在作物中使用RNA干扰(RNAi)技术。RNAi对病毒和真菌病原体均有效,还能保护植物免受昆虫害虫侵害,从而减少对化学农药的需求。例如,利用病毒基因保护番木瓜免受环斑病毒侵害,在夏威夷超过十多年的应用中,未见抗性演化的迹象。RNAi还可能惠及主要的粮食作物,保护小麦免受秆锈病侵害、水稻免受稻瘟病侵害、马铃薯免受晚疫病侵害,以及香蕉免受镰刀菌枯萎病侵害。
这些创新中的许多将尤其惠及发展中国家的小农户。因此,随着人们认识到基因工程在提高数百万人收入和改善饮食方面的有效性,其争议可能会减少。此外,更精确的基因组编辑或可消除公众的担忧,尤其是在所得植物或动物并未引入外源遗传物质、因而不被视为转基因的情况下。
总体而言,这些技术有望通过减少从水、土地到化肥等多个领域的投入使用,推动农业可持续发展,同时帮助作物适应气候变化。
了解2015年榜单上的其他新兴技术:
能够感知并规避障碍的无人机
分布式制造
数字基因组
增材制造
模拟人脑的计算机芯片
零排放汽车
在工作中学习的计算机
用于减少垃圾填埋废物的新型塑料
下一代机器人技术
本榜单由 新兴技术元理事会编制,理事会谨此感谢:卡内基梅隆大学人机交互教授贾斯汀·卡塞尔(Justine Cassell);比萨圣安娜高等学校生物机器人研究所所长保罗·达里奥(Paolo Dario);加州理工学院(Caltech)材料科学与力学教授朱莉娅·格里尔(Julia Greer);以及哈佛大学工程与应用科学学院Hansjorg Wyss教授珍妮弗·刘易斯(Jennifer Lewis),来自 全球议程理事会网络;迈克尔·佩利尼(Michael Pellini), Foundation Medicine Inc.总裁兼首席执行官,来自 技术先锋;以及卡内基梅隆大学教授威廉·“红”·惠特克(William “Red” Whittaker),他们为本榜单的编制做出了宝贵贡献。
图片:2013年11月21日,宾夕法尼亚州费城郊区Springton Manor农场的温室中,一个水培种植床的泡沫盖上切出孔洞,年轻的生菜幼苗从中探出。切斯特县食品银行(Chester County Food Bank)在此培育幼苗和农产品。路透社/Tom Mihalek

