“编辑”食物:这个不起眼的工具会改变转基因生物的游戏规则吗?

这首曲子最初是在Ensia。

只有极少数的技术真正值得的绰号“改变游戏规则” - 但被称为CRISPR-Cas9一个新的基因工程工具就是其中之一。

因为我们首先开发来改变植物或动物体内的遗传物质在20世纪70年代的能力，努力做到有需要几周，几个月甚至几年分子的修修补补。随着CRISPR（该技术的简写名），精确度和速度飙升。

“在过去，这是一个学生的全部博士学位论文改变一个基因，”布鲁斯·康克林，在格莱斯顿研究所在旧金山的遗传学家，最近告诉纽约时报。“CRISPR刚刚撞倒，走出公园。”

该工具也非常灵活，似乎适用于几乎所有被试过的生物和细胞类型。在吉尔Wildonger的话威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员说:“它真的打开了几乎每一种生物的基因组，这些生物的基因序列都经过编辑和工程设计。”

而且，当涉及到农业和环境，既是承诺，其后果自负。CRISPR打开大门，各种潜在的食品生产改进。但对他们来说改进？农民？消费者？农业企业？可持续农业系统？农业产业化？又是谁在决定？

如果我们想确保这个强大的技术促进公正和可持续食物,我们需要伴随其发展的政策框架,反映了其生物学和各种应用程序的细微差别,对人影响的担忧当技术从实验室迁移到土地。

改变游戏规则的工具

CRISPR作为基因编辑工具具有复杂的起源故事与此同时，美国加州和马萨诸塞州的研究人员就其创新发起了一场专利战最近的故事讲述在立陶宛维尔纽斯大学的独立发现。

For our purposes, I’ll focus on what happened at the University of California, Berkeley where in 2011, Jennifer Doudna, a biochemist and molecular biologist, and Emmanuelle Charpentier, a microbiologist now at the Max Planck Institute for Infection Biology in Germany, grew intrigued by the way many bacteria respond to viral invasions.

这些微生物，事实证明，有一种不可思议的能力：它们存储DNA从一种被称为CRISPR基因库的入侵的病毒。如果相同的病毒，都应该再次发作时，细菌可使用CRISPR调动称为Cas9酶切断了入侵者的相应的DNA。

2012年Doudna和他的同事意识到这将是至少在理论上是可能的，以适应CRISPR-Cas9复杂，所以它可以发挥作用不只是在微生物，但在其他生物体 - 从真菌到植物的人。并通过提供自己的“指南”，他们能有效地引导Cas9削减那些生物的DNA在他们希望的任何地点（见边栏所示：“如何CRISPR作品”）。

他们很快就成功地开发CRISPR的可编程版本。并在报告2014科学论文Doudna和贝纳勾勒轮廓的变革潜力:“这些结果强调基因操纵新时代不再是一个瓶颈实验,对基本生物学发现铺平了道路,与应用程序的所有分支生物技术,以及人类治疗策略。”

这些不同的应用程序是由多种类型的编辑CRISPR实现的。CRISPR可以通过用想要的DNA序列替换现有的DNA序列来进行精确的突变。它可以通过剪切或不精确的修复来破坏基因功能，从而使整个基因失效。Cas9酶本身可以被操纵来增强或抑制基因表达——这是一种无需任何编辑就能控制基因的强大方法。

CRISPR也可用于引入新的遗传物质，提供了很大的推动作用被称为新兴技术“基因驱动器。”基因驱动器可通过“自私”促进其继承的可能性，加快修改基因传遍整个群体（工作这里一个伟大的图形）。自1940年以来作为一种技术，可以提供比虫媒疾病前所未有的控制理论，直到CRISPR走过基因驱动器没有成为可行。

在2015年末，在加州大学欧文分校和加州大学的大学的生物学家，圣地亚哥报道第一个工作版本在实验室的蚊子。如果释放到野外，这样的CRISPR编辑昆虫可以提供一种方式来应对全球有害健康问题，包括疟疾，登革热，昏睡病，黄热病，西尼罗河病毒和莱姆病。作物病虫害，可以在基因驱动器的十字线。

总之，从转移其原生细菌CRISPR到广泛应用的可编程工具，比技术更政变。作为Doudna告诉纽约时报，就在这一刻，“该项目被去‘这是很酷的，这是靠不住’到'哇，这可能是变革。”

CRISPR在农场

很少人会反对使用CRISPR在受控的实验室环境中诱发癌症的T细胞系用于药物开发，建立更好的小鼠模型，来研究植物体内的细胞发生的事情，因为他们打从细菌或真菌的入侵。

但是，纯科学不能顺利地从现实世界的应用运走。我们将如何处理与编辑生物的基因在生活环境的前景如何？

在农业领域，这不再是假设。

自2013年演示作为基因组编辑工具拟南芥和烟草 - 两种广泛使用的实验室植物 - CRISPR已作物，包括小麦，大米，大豆，马铃薯，高粱，橘子和西红柿道路测试。截至2014年底，共研成的CRISPR农业用途洪水包含的应用领域，从提高作物抗虫害减少牲畜疾病的人数。

中国科学家，例如，报道培育出一种小麦那就是白粉病，破坏性真菌病抗性。

目的地为工业农业动物编辑的整个稗迅速填充R＆d管道。

杜邦公司与Doudna的公司，驯鹿生物科学，种植玉米和小麦品系合作编辑抗旱，与定于5到10年的市场前景和现场试验设置在春天2016年开始。

与此同时，第一种商业化的“CRISPRed”作物已经出现:一种由总部位于圣地亚哥的Cibus公司研发的油菜籽。这种油菜已经被改造成抗除草剂的品种，使农民能够向作物喷洒除草剂。据大自然，该公司正在销售的产品作为非转基因，因为只有工厂现有的基因的一些片段已经被改变，“没有基因已经从不同的生物体的插入，甚至也不是从另一家工厂。”

在罗斯林研究所在苏格兰，独特的CRISPR实验是在猪体内进行。在撒哈拉以南非洲和东欧，通过猪群造成非洲猪瘟扫描，破坏性小农场出血性病毒。一些疣猪，然而，似乎大多不受疾病，和一个研究小组通过生物技术专家布鲁斯·怀特洛领导认为，一个叫RELA基因，野生和家养的猪之间略有不同，可能会占免疫力差。使用CRISPR中，研究人员最近已经调整了家猪基因来实现精确的疣猪RELA序列。试验开始了，去年夏天，暴露修改仔猪病毒测试，如果他们确实是免疫的。

报告显示，整个农场的编辑动物都是为了工业农业的快速发展填充所述R＆d管道。

Recombinetics是一家新成立的公司，它的头条新闻是没有角的奶牛携带了少量来自自然平滑的肉牛的基因。该公司正在开发肌肉更大的巴西肉牛(为了获得更多的肉，这可能更嫩)，而其他公司正在开发只产雌性后代的鸡(为了产蛋)和只产雄性的肉牛(为了更有效的从饲料到肉类的转换)。

对于基因驱动器，而农业仍然在外围迄今为止，研究人员在哈佛大学的威斯研究所生物启发工程有概述令人振奋的前景(PDF)。他们认为，基因驱动可以通过逆转昆虫对杀虫剂的抗性和杂草对除草剂的抗性，“为可持续农业铺平道路”。驱动系统还可以消灭或改造讨厌的植物害虫和压制入侵物种的种群，比如老鼠和葛藤。

改进 - 有担忧

记者和科学家，他们主要采访时已经陷害CRISPR的农业用途如在常规育种和常规的基因工程相似的改进，因为它提供了精妙，速度和高度对结果的控制。

Recombinetics公司首席执行官斯科特·法兰克鲁格在接受《纽约时报》采访时表示:“这就像是在这些动物的基因组中发现了一种替代功能。”

“你可以改变甚至单一碱基对，或者你可以非常精确地删除基因”潘梅拉·罗奈尔德加州大学的遗传学家，戴维斯自然解释。

将所得的动物和植物可潜在地产生更多的食物上输入，诸如水和土地的压力较小。一个CRISPR-扭捏农场系统可以有一个更小的环境足迹，甚至人道主义的好处，如果这意味着农民不必dehorn牛宰杀或她们的男性公牛。

但也有人质疑精确育种“精确”的一部分。该中心对持续的农业和自然资源，在华盛顿州立大学的查尔斯·布鲁克指向意想不到的效果当新基因被添加或现有的沉默。CRISPR还已知用于制造非预期的编辑，尽管这样的“脱靶效应”的频率正在下降。

这是可持续农业的好奇的目光，不过，看到克服农用化学品的进步性。

即使增加了精确度，有没有理想的结果的保证。性状如抗旱性不仅与许多基因有关，但也受到复杂的环境的相互作用：多少的基因功能将取决于降水，热量，性质和土壤的深度等等。此外，每个单独的物种或作物的遗传背景也会影响基因的行为。

“因此，在很多情况下，”食品安全中心(Center for Food Safety)的植物病理学家和可持续农业主任道格·古里安-谢尔曼(Doug Gurian-Sherman)说，“使用的特定基因只会在特定的遗传背景和环境下发挥作用。”

如果我们要设计务农当地的生态系统，适合于特定的土壤，气候和当地人民的栽培措施，编辑是最好的一个部分解决方案。

另一个问题是，基因组农业科学缺乏一个全面的可持续性或公正指导。竞彩足球app怎么下载

如自然贴切地指出尽管“白法律”的养猪项目将在很大程度上惠及贫穷的农民，但这“在编辑研究中是罕见的”。A much more common goal in livestock editing has been to generate higher-profit cattle, pigs and sheep — the familiar trappings of industrial food with its concomitant implications for small, sustainable farmers. Whose benefits are being considered when we dream of what CRISPR can do?

似乎不是那些复杂的生态系统。如上所述，CRISPR在农业领域的应用将改变昆虫和杂草的生物学特性——在某些情况下，编辑基因以克服对杀虫剂和除草剂的抗性。crispr辅助的基因驱动技术可以在野生种群中推进这种突变，创造出在短短几年内改变整个植物或动物群落的潜力。

这是可持续农业的好奇的目光，不过，看到克服农用化学品的进步性。

我们确实应该使农民能够更喷洒草甘膦进入他们的领域时，世界卫生组织已经发现，化学是一个“可能”的致癌物质，当它被关联崩溃黑脉金斑蝶的人群？并利用基因驱动器来打压野生生物，因为它们携带的作物疾病或轻咬可能有严重的意想不到的后果，如不稳定食物网和其他物种的入侵便利。

当涉及到动物工程，我们可以欣赏到更好的饲料-肉类转换比率的温室气体减排效益。但这只是让事情变得不那么糟，而不是更好吗?扩大畜牧业生产是社会应该追求的目标环境的和公共卫生集约化畜牧业upshots - 更不用说越来越多的医学证据人们应该少吃肉？

考虑突变，考虑应用

随着大食疾速利用这个新工具的优势，围绕转基因生物持久的问题在新的环境和新的复杂性是此起彼伏。我们将如何处理技术？我们应该如何规范呢？可以CRISPR为了共同的利益寄养的进步？

我要说“是” - 但要保证利益大于缺点，需要改变比任何高科技的突破更具革命性：对于商议，并提供风险，权衡和CRISPR工程的机会成本合理的社会监督的包容性的进程。这将取决于常人的参与 - 不仅仅是科学家或公司 - 在有关粮食系统的决定。

关键是做出正确的决定，首先是要明白，不是CRISPR的所有应用程序都是一样的 - 用于农业的可持续性或具有相同的含义。竞彩足球app怎么下载

像所有的育种和生物技术，基因组编辑将带来积极的和消极的后果，并应在全方位的社会和环境影响进行评估。我们的政策需要把CRISPR不是单一的技术，但作为一个工具箱满的技术，每个特定于突变，生物和生态系统的问题。

在纽约时报的一篇文章，例如，记者詹妮弗·卡恩一样很多其他的他谨慎地指出，有几家公司正在使用CRISPR技术培育作物，而没有使用从其他物种中拼接而成的基因，“就像在番茄中插入比目鱼基因一样”。Here, public perception of CRISPR’s relative safety as compared to other genetic engineering methods has important policy implications. Flounder inside a tomato screams "GMO," while genomic editing that does not introduce foreign genes is supposedly very different.

然而，对于所有关注到不引进外源基因精确的修改，是要明白，CRISPR是很重要也非常擅长这种修改。使用CRISPR，小麦，玉米，猪，香蕉 - 任何农业生物，真的 - 可以被设计成包括从一系列捐助者的基因序列：细菌或真菌或鱼。“你可以很容易地使用CRISPR-Cas9到编辑几乎所有的基因组与您所需的供体DNA，”富国江，在Doudna实验室的一名博士后研究人员解释说。“这是基因编辑的力量。”

与此同时，即使许多CRISPR编辑并没有刻意涉及其他生物体的基因，结果也恰恰包含了这些基因。研究人员通常让CRISPR技术在植物细胞中工作的方法是使用有害细菌（根癌农杆菌）穿梭于编码Cas9的基因中

因此，细菌的DNA最终会进入植物基因组。即使农未使用，根据自然“的Cas9基因的片段本身可以并入植物的基因组中” - 它移动到生物体的敏感类别，其遗传材料含有的外源DNA。

当然，科学家们正在迅速尝试创新周围，为了意外国外引进，加强声称CRISPR不应该以同样的方式与传统遗传修饰调节。作为哈·琼斯，在洛桑研究所，一个英国农业实验站的高级研究科学家，告诉《自然》杂志“如果欧洲在调节它的转基因生物同样的方式基因组编辑的有机体，它会在这里杀了技术之外的所有生物技术公司，在主要作物性状有利可图的工作。”

科学家们令人信服地辩称此外，CRISPR还提供了绕过转基因关注的一些主要原因的途径，包括转基因的随机整合——以及由此产生的意外影响，如中断宿主新陈代谢，或产生致敏或有毒化合物。

这些观点确实有其可取之处，但也有一些科学家的激情和职业生涯与生物技术和分子编辑有关。我们将需要一个更具包容性的审慎治理过程，包括许多环境中的许多人，他们将受到CRISPR的影响，就像我们需要其他生物技术的这样一个过程一样。例如，生态学家是怎么说的?土著人民想要什么?

明确“转基因”

要美国监管机构，大多数生物目前正在开发 - CIBUS’油菜，Recombinetics’无角牛和驯鹿Biosciences的玉米和小麦 - 可能不被认为与遗传修饰。这是因为美国的政策是基于产品的，并与许多类型的CRISPR编辑，该产品将不包括外源遗传物质。

在的情况下的编辑介绍序列从接近作物野生近缘种研究人员称，这种产品甚至可能在基因上与传统杂交育种的结果难以区分，甚至有可能被认定为有机产品。

但欧洲的规则不同，在欧洲，“转基因”一词的定义不是产品的可验证特性，而是产品的生产过程。只要在生产过程中使用了基因工程的方法，那么标签就会适用。

欧盟委员会还没有决定，但是，它将如何对待基因组编辑，包括CRISPR。也没有美国食品和药物管理局证实是否CRISPR动物将在未来进行调整。

如果有的话，CRISPR帮助我们看到的是转基因/非转基因二进制文件是过于简单化。这一个工具可以执行许多DNA咬和塔克斯和可上调或不属于转基因的方式下调基因 - 但绝不是无关紧要的。

许多CRISPR编辑，我不能过分强调，不会涉及有关外源DNA的任何问题，但会在他们的影响同样巨大。在农作物和动物，“基因敲除”可消除影响食品质量，转移能量远离有价值的最终产品和易感性作物疾病的基因。使用Cas9酶的强大能力，以增强或抑制基因活性可能触及作物和牲畜的代谢，抵抗力和产量的许多重要过程。

转基因/非转基因二进制文件过于简单。

许多研究人员和公司都争先恐后地将上述所有非转基因技术称为“非转基因”技术。最近有些人甚至说GMO是一个“隐喻”一种没有映射到现实世界的文化结构，因此不能以任何有意义的方式进行管理。我同意，要对转基因生物达成一个单一、全面的定义是很难的。但是试图去争论没有界限是毫无希望地把所有的基因改造和过程混合在一起的所以它们都是可以接受的。

我希望CRISPR提供了相反的是一个机会来更好地整合各种生物、文化和政治的含义在我们讨论基因工程,并标记出某些事情更严格的监督和控制,应在民主社会中,而不是随心所欲的市场。

我们可以想象一些模型IAASTD过程2005年至2007年收集的900名参与者从政府、科研机构、私营部门和公民社会深思熟虑的同样的今天CRISPR面临大问题:“我们如何能减少饥饿和贫困,改善农村生计,和促进公平,环境,社会和经济可持续发展的一代,访问,和使用农业知识、科学与技术?”

我们从IAASTD教训（阅读综合报告[PDF]），是小农户，渔民，牧民和土著社区在世界各地都不怕生物技术。但他们也不看看他们多大用处，因为许多低挂水果 - 如农业生态学——提高农业生产能力和抗风险能力。

当有恐惧时，它不是弗兰肯食品的味道，而是作为教皇弗朗西斯的恐惧最近表达, that "following the introduction of these crops, productive land is concentrated in the hands of a few owners due to ‘the progressive disappearance of small producers, who, as a consequence of the loss of the exploited lands, are obliged to withdraw from direct production [Episcopal Commission for Pastoral Concerns in Argentina, 2005].’"

最脆弱的这些，弗朗西斯接着说，“成为临时工，和许多农民工最终转移到城市贫困地区。这些作物的扩大，破坏生态系统的复杂网络，减少生产的多样性和效果影响区域经济，现在和未来“。

三十年前，我们不明白当时的新的遗传学是，或者它可能产生。在什么学者唐娜·哈拉维所谓的“神招，”我们认为遗传学为重点，以自然的科学掌握，如果没有背景，对象没有代理，在人类知识没有缺陷。

分子科学以某种方式授权我们把基因从生态和身体中分离出来。现在我们正在研究基因与环境、生态系统之间错综复杂的相互作用，这些生态系统的变化不是平滑的或可预测的，而是充满了阈值效应和涌现特性。我们已经开始意识到，在复杂的系统中，自然和文化是不可分割的。

CRISPR给了我们一个难得的机会，那么，为了躲避GMO的定义停留在上世纪80年代，并开始处理农业和粮食为复杂的系统，他们是。它邀请我们更新的生物技术治理包括从更广泛的公共知识和学科范围内的。我们将需要咨询不只是遗传学家也生态学家。不只是自然科学家，但社会科学家。不只是科学家，而是农民，消费者，种子生产者和工人在整个食物链。

在这个过程中，作为记者布鲁克博雷尔令人信服地认为我们应该对利益冲突的警惕，仔细检查的权力结构和考虑“谁是包含在工作和谁是因为无论性别或种族或任何其它身份或排除边缘化。”这些因素很重要，因为它们塑造谁有权访问科学决策，谁拥有它的目标的影响。

我们会接受CRISPR的挑战吗?农业应用的早期发展表明，我们可能会错过这个难得的机会，强调可持续发展和公众讨论，而不是重新确立工业现状。竞彩足球app怎么下载但如果我们现在提高我们的声音，早期的发展可能会迫使破坏性的民主思想取而代之。

作者注：特别感谢富国姜博士回答我的许多问题CRISPR。在一块的任何错误都是我自己的，而不是那些记者和研究人员，其工作，我已经从了解到的。