“编辑”食品:这个晦涩的工具会改变转基因生物的游戏规则吗?

这首曲子最初出现在Ensia．

很少有技术真正配得上“游戏改变者”的称号，但一种被称为CRISPR-Cas9的新基因工程工具就是其中之一。

自从我们在20世纪70年代首次开发出改变植物或动物体内遗传物质的能力以来，为此付出的努力需要数周、数月甚至数年的分子修补。有了CRISPR(这项技术的简称)，技术的精确度和速度都大大提高了。

“在过去，改变一个基因是一个学生的整个博士论文，”旧金山格莱斯顿研究所的遗传学家布鲁斯·康克林说，最近告诉纽约时报。“Crispr刚刚敲开了公园。”

该工具也是非常多功能的，似乎在几乎每一种生物和细胞类型，它已经尝试过。在Jill Wildonger的话威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员说，“它真的打开了几乎所有生物体的基因组，这些基因组已经被测序，可以被编辑和工程。”

而且，当涉及农业和环境时，这都是其承诺及其危险。CRISPRP打开了各种潜在的食品生产改进的门。但是改善了谁？农民？消费者？农业综合企业？可持续农业系统？工业农业？谁会决定？

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作为一种基因编辑工具具有复杂的起源故事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争最近的故事立陶宛维尔纽斯大学的独立发现。

对于我们的目的,我将关注发生在加州大学伯克利分校,2011年,Jennifer Doudna生物化学家和分子生物学家,和Emmanuelle贝纳一个微生物学家,现在德国马克斯·普朗克感染生物学研究所,增长吸引了许多细菌的方式应对病毒入侵。

事实证明，微生物有一种不可思议的能力:它们将入侵病毒的DNA储存在一种名为CRISPR的基因库中。如果同样的病毒再次攻击，细菌可以利用CRISPR激活一种叫做Cas9的酶来切断入侵者相应的DNA。

2012年，杜德纳和他的同事们意识到，至少在理论上，对CRISPR-Cas9复合物进行改造是可能的，这样一来，它不仅可以在微生物中发挥作用，还可以在其他生物体中发挥作用——从真菌到植物再到人类。通过提供他们自己的“指南”，他们可以有效地引导Cas9在任何他们想要的地方切割这些生物体的DNA(见附图:“如何CRISPR作品”）。

他们很快成功地开发出了一种可编程的CRISPR。在一个2014年科学论文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。”

CRISPR的多种编辑功能使这些不同的应用程序成为可能。CRISPR可以通过用所需的DNA序列替换现有的DNA序列，从而产生精确的突变。它可以通过剪断或不精确的修复来破坏基因功能，从而使整个基因失效。Cas9酶本身可以被操纵以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（工作这里是一个很棒的图形）。自20世纪40年代以来的理论为一种可能提供前所未有的对昆虫传播疾病的技术，基因驱动器在Crispr伴随着之前不会变得可行。

2015年底，加州大学欧文分校(University of California, Irvine)和加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的生物学家发表了报告第一个工作版本在实验室的蚊子。如果将这种经过crispr编辑的昆虫放生到野外，可能会为解决疟疾、登革热、昏睡病、黄热病、西尼罗河病毒和莱姆病等全球有害健康问题提供一种方法。农作物疾病和害虫也是基因驱动的目标。

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

利用受控实验室环境中使用CRISPR的夫妇将涉及诱导癌症的T细胞癌，用于制造更好的小鼠模型，研究内部植物细胞的发生，因为它们与细菌或真菌的侵犯侵犯侵袭。

但是，纯科学不能顺利地脱离现实世界的应用。我们将如何处理在生存环境中编辑生物体基因的前景?

在农业领域，这不再是假设。

自2013年以来，它作为一种基因组编辑工具在拟南芥CRISPR已经在小麦、水稻、大豆、土豆、高粱、橙子和番茄等农作物上进行了道路测试。到2014年底，对CRISPR的农业应用进行了大量研究，包括一系列应用，从提高作物对害虫的抵抗力，到降低牲畜疾病的死亡率。

例如，中国科学家报告说培育出一种小麦它能抵抗白粉病，这是一种破坏性的真菌疾病。

目的地为工业农业动物编辑的整个稗迅速填充R＆d管道。

杜邦公司正在与杜德纳的公司北美驯鹿生物科学公司合作，种植玉米和小麦品种编辑抗旱，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作物已经出现了:Cibus公司生产的一种油菜。Cibus是一家总部位于圣地亚哥的公司。油菜经过了抗除草剂改造，使农民可以向作物喷洒除草剂。据大自然，该公司正在销售产品作为非转基因的产品，因为只有几个植物现有基因的片段已经改变，“没有从不同种类的生物体中插入基因，也不会从另一个植物中​​插入。”

在苏格兰的罗斯林研究所，猪正在进行独特的CRISPR实验。在撒哈拉以南非洲和东欧，一种出血病毒，导致非洲猪瘟穿过猪群，毁灭性的小农场。然而，一些似乎是由于生物技术学家Bruce Whitelaw领导的研究团队认为，野生和驯养猪之间略微各种各样的基因，可能会略有不同的基因，可能会考虑免疫差异。使用CRISPR，研究人员最近调整了驯养的猪基因，以实现确切的Warthog Rela序列。去年夏天开始试验，将改​​性仔猪暴露于病毒中以测试它们是否确实免疫。

报告显示，整座经过编辑的畜牧场正迅速被用于工业化农业填充研发管道．

一家名为Recombinetics的初创公司因其生产的无角奶牛携带了少量天然光滑头肉牛的基因而登上新闻头条。该公司正在培育肌肉更大的巴西肉牛(为了获得更多的肉，也可能更嫩)，而其他公司正在培育只繁育雌性后代的鸡(为了下蛋)和只繁育雄性后代的肉牛(为了更有效地将饲料转化为肉类)。

在基因驱动方面，虽然农业迄今仍处于边缘地位，但哈佛大学威斯生物工程研究所的研究人员已经做到了概述了令人兴奋的前景(PDF)．他们认为，基因驱动可以“为可持续农业铺平道路”，通过逆转昆虫对杀虫剂的抗性和杂草对除草剂的抗性。驱动系统还可以摧毁或改造讨厌的植物害虫，并抑制入侵物种的数量，如老鼠和葛藤。

改进——有顾虑

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•法伦克鲁格在接受《纽约时报》采访时表示:“这就像是这些动物基因组中的一种发现-替换功能。”

“你甚至可以改变一个碱基对，或者你可以非常精确地删除一个基因，”潘梅拉·罗奈尔德加州大学的遗传学家，戴维斯自然解释。

所得的动物和植物可能会产生更多的食物，在水和陆等输入上的压力较小。如果它意味着农民不必脱色牛或剔除他们的男性公牛，那么一个Crispr-Twaked农场系统可能具有较小的环境足迹甚至人道主义福利。

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的基因被添加或现有的基因被沉默。CRISPR还以进行意外编辑而闻名，尽管这种“脱靶效应”的频率正在下降。

然而，这是对可持续农业的好奇愿景，即将克服农用化学品作为进展情况。

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、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中发挥良好作用。”

如果我们希望为当地生态系统设计农业，适用于当地人民的特定土壤，气候和培养实践，编辑是最好的部分解决方案。

另一个担忧——从罗斯林研究所周围的猪身上已经可以看出——是基因组农业科学缺乏全面的可持续性或正义指令。竞彩足球app怎么下载

作为自然贴切地指出虽然怀特劳的养猪项目将在很大程度上惠及贫困农民，但这是“编辑研究的稀罕物”。畜牧业编辑的一个更普遍的目标是生产更高利润的牛、猪和羊——这是人们熟悉的工业化食品的特征，对小型、可持续发展的农民有相应的影响。当我们梦想CRISPR能做什么时，考虑的是谁的好处?

似乎不是那些复杂的生态系统。如上所述，CRISPR在农业领域的应用包括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动这种突变，在短短几年内就有可能改变整个植物或动物群落。

然而，这是对可持续农业的好奇愿景，即将克服农用化学品作为进展情况。

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，当它被关联帝王蝶数量的锐减还是并且使用基因驱动器鼻烟脱掉野生生物，因为它们携带疾病或蚕食作物可能具有严重的意外后果，例如稳定的食物纤维网并促进其他物种的侵犯。

当谈到动物工程，我们可以欣赏更好的饲料-肉类转换比率的温室气体减少的好处。但这只是让事情变得不那么糟糕，而不是好事吗?规模化的畜牧业生产才是社会应该追求的环境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?

考虑一下突变，考虑一下应用程序

随着大食物迅速搬到利用这个新工具，环绕于转基因生物的持续性问题在新的背景下播种和新的复杂性。我们将如何处理该技术？我们应该如何规范它？CRISPR促进共同点的进步吗？

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。

首先要做出良好决策的关键是要理解，并非所有Crispr的所有申请都是平等的 - 或对农业可持续性具有平等的影响。竞彩足球app怎么下载

与所有育种和生物技术一样，基因组编辑将带来积极和消极的后果，并应根据全面的社会和环境影响进行评估。我们的政策不应将CRISPR视为一项单一的技术，而应将其视为一个充满各种技术的工具箱，每一种技术都针对相关的突变、有机体和生态系统。

比如，在《纽约时报》的一篇文章中，记者詹妮弗·卡恩很多其他的他小心翼翼地指出，有几家公司正在使用CRISPR来培育作物，而不使用从其他物种拼接过来的基因，“就像番茄里的比目鱼基因”。在这里，公众对CRISPR相对于其他基因工程方法的安全性的认识具有重要的政策意义。西红柿里面的比目鱼会发出“GMO”的声音，而不引入外源基因的基因组编辑则截然不同。

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 - 任何农业有机体，都可以设计用于包括来自一系列供体的基因序列：微生物或真菌或鱼类。“您可以轻松地使用CRISPR-CAS9与所需的捐赠者DNA几乎任何基因组进行编辑，”Doudna实验室的博士后研究员Fuguo Jiang解释说。“这是基因编辑的力量。”

与此同时，即使是许多故意不涉及其他生物体基因的CRISPR编辑，结果也恰恰包含了这些基因。研究人员通常让CRISPR技术在植物细胞中起作用的方法是使用有害细菌(根癌土壤杆菌)在编码Cas9的基因中穿梭。

因此，细菌的DNA会最终进入植物基因组。即使农没有使用,据《自然，Cas9基因的片段本身可以掺入植物的基因组中“ - 将其移动到遗传物质含有外国DNA的敏感的生物体中。

当然，科学家迅速尝试在这种情况下创新意外的外国介绍，以加强Crispr索赔，以与常规遗传修改相同的方式监管。作为Huw Jones，Rothamsted Research的高级研究科学家，一位U.K.农业实验站，告诉《自然》杂志他说，“如果欧洲以同样的方式管理转基因生物，那么除了那些在主要作物中研究有利可图性状的生物技术公司外，所有转基因生物都将被扼杀。”

科学家们令人信服地认为CRISPR还提供了一些绕过转基因担忧的主要原因的途径，包括转基因的随机整合，以及由此产生的意想不到的影响，如扰乱宿主的新陈代谢，或产生过敏原或有毒化合物。

这些论点确实有其优点，但它们也来自那些热爱生物技术和分子编辑的科学家。我们将需要一个更具包容性的协商治理过程，包括在许多环境中受CRISPR影响的许多人，就像我们在其他生物技术中需要这样一个过程一样。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。

如果编辑引入了序列来自近距离的野生作物在美国，这种产品甚至可能在基因上与传统杂交的结果难以区分——而且，研究人员说，甚至有可能成为有机产品。

但欧洲的规则不同，“转基因”一词的定义不是产品的可验证特征，而是生产过程。只要在生产过程中使用了基因工程的方法，那么这个标签就适用。

但是，欧盟委员会尚未决定如何治疗基因组编辑，包括CRISPR。美国食品和药物管理局也不证实了Crisp Base将来是否会受到监管。

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，我不能过度传信，不会涉及对外国DNA有任何疑问，但它们的效果将同样戏剧性地戏剧性。在作物和动物中，“基因敲门声”可以消除影响食品质量的基因，从宝贵的最终产品转移远离有价值的最终产品并赋予作物疾病的敏感性。使用Cas9酶的增强或抑制基因活动的能力可能会触及作物和牲畜代谢，抵抗和产量的许多重要过程。

GMO/非GMO二进制文件过于简单。

许多研究人员和公司都竞相将上述所有这些称为非转基因。最近有些人甚至这么说gmo是一个“比喻”，这种文化建构不能映射到现实世界中的任何东西，因此不能以任何有意义的方式加以规范。我同意，要对转基因生物做出一个单一、全面的定义是很难的。但是，试图争辩没有界限的人将所有种类的基因改造和过程混为一谈，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。

我们可以设想以IAASTD过程在2005年至2007年期间，来自政府、科研机构、私营部门和民间社会的900名参与者参加了该会议，讨论了CRISPR如今面临的同样大问题:“我们如何通过农业知识、科学和技术的产生、获取和使用，减少饥饿和贫困，改善农村生计，促进公平、环境、社会和经济的可持续发展?”

我们从IAASTD(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-提高农业系统的生产力和复原力。

当有恐惧时，它不是弗兰肯食品的味道，而是恐惧，就像教皇弗朗西斯最近表达了之后,“这些作物的引入,多产的土地集中在少数人手中所有者由于“小生产商的逐步消失,因此损失的利用土地,被迫退出直接生产(主教委员会田园的担忧在阿根廷,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。

分子科学在某种程度上允许我们把基因从生态和身体中分离出来。现在我们正在深入研究基因和环境之间复杂的相互作用，以及生态系统，它们的变化不是平稳的或可预测的，但却充满了阈值效应和紧急特性。我们开始意识到自然和文化在复杂系统中的不可分割性。

Then Carprpr队使给我们一个难得的机会，然后逃避20世纪80年代卡在20世纪80年代的定义，并开始将农业和食物视为他们的复杂系统。它邀请我们更新生物技术治理，包括从更广泛的公共和科学范围内包括专业知识。我们需要咨询不仅仅是遗传学家，也需要生态学家。不仅仅是自然科学家，而是社会科学家。不仅仅是科学家，而是农民，消费者，种子生产者和整个食物链的工人。

在这一过程中，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，让可持续发展和公众审议成为前景，而不是重新确立工业现状。竞彩足球app怎么下载但是，如果我们现在发出我们的声音，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。