《科学家培育“终结者肉牛”,基因编辑控制性别或将成为现实》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: huangcui
  • 发布时间:2018-01-15
  • 转基因三文鱼已经来到了人们的餐桌上。2017 年 8 月 4 日,研发此鱼的 AquaBounty 科技公司宣布,他们已经售出一万磅(约合 4535 公斤)的产品。

    尽管转基因三文鱼的上市仍有争议,但是,科学家的脚步并没有因此停止,这次,他们把目光投向了一种常见的牲畜——牛。

    如今,加州大学戴维斯分校基因组与生物技术研究员 Alison Van Eenennaam 正在领导一个“只要男孩”(Boys Only)的项目。在这个名为“只要男孩”的项目中,她的目标是创造一只公牛,它只会有雄性后代:要么是正常的公牛犊,要么是不仅拥有两条 X 染色体,还携带决定雄性的 SRY 基因的牛犊,完全没有常规意义上的母牛。

    只要男孩”

    作为一名澳大利亚遗传学家,Alison Van Eenennaam 在戴维斯分校获得遗传学博士学位,致力于在牲畜繁育系统中应用动物基因组学和生物技术。她曾担任美国农业部生物技术国家顾问委员会的成员,并获得 2014 年布劳格农业科技传播奖。

    基因编辑技术在家畜中具有很大的潜力。它已经被用于繁育对病毒免疫的猪,和毛长得更长的绵羊。 Van Eenennaam 本人也参与了一个成功的项目,编辑奶牛的基因来去掉牛角。

    而就在近期,经过一年的努力, Van Eenennaam 实验室成功使用基因编辑工具 CRISPR,将一个名为 SRY 的基因敲入了牛皮肤细胞中。SRY 可不是一般的 DNA。仅靠它的单独作用,就可以使雌性变成雄性——这样的雄性牛将有着更强壮的肌肉,以及阴茎和睾丸(尽管不能制造精子)。

    因为牛会被贴上标签,打上烙印,聚集在围栏里,最终被屠宰,而且繁殖速度很慢,它们其实是最不可能造成基因逃逸的生物之一。Van Eenennaam 的长期目标是提高牛肉生产效率。公牛比母牛产肉更多,而且不会怀孕或者发情。她认为在把牧草和谷物转化成牛肉方面,人造公牛比母牛的效率应该高出 15% 左右。

    为了培育出人造公牛,她的实验室瞄准了 SRY 基因,这种基因也被称为睾丸决定因子。在哺乳动物身上,这个基因单独就可以决定动物生理上是否为雄性。正如你所料,它通常位于 Y 染色体上。

    有时候,该基因会自然地跳到 X 染色体上。这种情况可能发生在人类身上。 1992 年,国际奥委会开始对女运动员进行 SRY 检测,在 5000 多名女性中发现约 13 例 SRY 携带者。不过后来,这种强制的性别检测被取消了,因为检测的手段是侵入性的,并且存在潜在的不公平。

    目前为止,还没有发现由雌性变为雄性的牛天然携带 SRY。她的学生 Owen 认为,这种情况可能是因为没有人注意到:反正大部分雄性肉牛都被阉割了。

    Van Eenennaam 实验室的目标是培育出 X 染色体上编辑有额外 SRY 的公牛,如此一来,这头牛的所有雌性后代都将携带 SRY。近期,Owen 报告了第一步:在雄性皮肤细胞的 X 染色体中插入 SRY。要培育出一头活牛,VanEenennaam 需要在牛胚胎中实现类似的编辑。如果这样行不通,她可以用 Owen 的培养皿里的皮肤细胞,通过克隆来培育公牛。

    事实上,牲畜育种人员已经有只繁育出雄性的其他办法。比如说,携带 Y 染色体的精子比携带 X 染色体的精子含有的 DNA 略少,因此也更轻,所以可以按重量分离出含有 Y 染色体的公牛精液。全雄性的精液已经在商品目录中有售。

    但“终结者公牛”也许是一个更好的解决方案。毕竟,目前只有约 4% 的肉牛是使用人工授精繁育的,因为涉及到的工作费时费力,包括巡视牧场、聚集牛群、使母牛怀孕等。

    所谓的“终结者公牛”,即这些公牛是不育的。理论上来说,由于被 SRY 转化为雄性的动物是不育的,所以它们不会把基因变化或任何其他与之相关的 DNA 变化传递下去。这就构成了某种形式的“遗传遏制”。

    相较于人工授精培育肉牛,Van Eenennaam 认为她的只生儿子的公牛会是一个比较便宜的方式。她说:“公牛做这个比我们好得多,而且也更乐于此事。”

    她认为,这对饲养肉牛的农场主来说很有价值,因为公牛体型更大,生长也更快,能产出的牛排要多得多。而牛肉已经是美国最有价值的农产品。“想象一下”,她说,“CRISPR 公牛在牧场漫步,让概率的天平朝着雄性倾斜,让这一行业更有效率”。

    “这就是为什么我致力于动物育种创新的原因,”她说,“一旦你成功进行了遗传改良,接下来的就是巨大的市场想象空间。”

    Van Eenennaam 也承认,这基本上就是“终结者技术”。这种技术也是孟山都这个农业巨头曾经提出的想法,即培育产生不育种子的植物,这样农民就不能收获种子进行再次种植。这就是“我们获得资助的代价”,VanEenennaam 说。

    最初的终结者技术同样是有争议的。 1999 年,孟山都公司也承诺永远不会将不育转基因植物商业化。尽管应用终结者技术的想法被抛弃了,但它确实臭名昭著,足以让转基因生物的批评者们直到今天都仍旧在谈论它。

    “我讨厌使用这个术语,因为那些激进分子总说:'哦,我的天呐,孟山都在使用终结者技术',他们可从没这么做过’”,Van Eenennaam 说。“我想围绕这项技术进行更细致的讨论,而不只是那些陈词滥调……那简直让我想说‘呃,杀了我吧’。由于围绕这些作物的讨论,我们使用这些技术受到了阻碍。”

    监管问题

    作为一种能够精确切割 DNA 的新型分子剪刀,CRISPR 的出现让改变几乎所有生物的基因都变得容易了许多。但是对技术失控的忧虑意味着,研究 CRISPR 的风险和危害,比利用它做有用的事情更容易获得更多的资金。

    事实上,Van Eenennaam 从美国农业部的项目中获得了资金,用于研究基因改造生物的潜在危害。农业部想要让包括鲶鱼和杨树在内的转基因生物失去繁殖能力,这样它们的 DNA 改变就不会传播给野生近亲。

    而从各种意义上来说,Van Eenennaa 都是转基因生物的坚定支持者。作为一名女科学家和母亲,你如果和她在食品安全等问题上争论,你会输得很惨。2014 年,她与孟山都的首席科学家一起,在一场由科学名人 Bill Nye 出席的公开辩论中击败了怀疑论者。

    具有讽刺意味的是,对于 Van Eenennaam 这样拥有“合作推广专家”头衔的动物科学家来说,关于转基因生物的争论其实或多或少令人心灰意冷。“合作推广专家”的工作是向农民传授实用的科学知识。然而事实证明,做到这一点几乎不可能的。目前,美国只有一种经过基因改良的物种被批准食用——一种能极快速生长的鲑鱼。

    科学家们希望监管机构对基因编辑的态度能够有所松动,让新的想法加速落实到食品工业中。但在 2017 年 1 月,作为奥巴马政府的最后一项行动之一,美国食品和药物管理局(FDA)表示,打算将 CRISPR 编辑的动物制品与新药同等对待,即需要进行精心设计且花费不菲的安全性研究。

    Van Eenennaam 说,拟定的规定“给在动物中使用基因编辑技术构成了巨大的监管障碍”。她奋笔疾书写了一封单倍行距的、长达七页半的信件质疑该决定,并将信件发给 FDA。

    企业界正在游说特朗普政府扼杀这项规定,并号召基因编辑的动物不受管制。他们警告白宫方面,该规定可能会让美国落后于阿根廷和巴西等国。

    有些人甚至曾期待,美国总统特朗普能够在本周在纳什维尔面向农民的现场演讲时,宣布改变的举措。然而,特朗普提出了一个更宽泛的承诺,“改革妨碍尖端生物技术的法规,让我们的农民自由创新、发展壮大。”

    接下来, VanEenennaam 都要在旅途中奔走——与孟山都转基因大豆的批评者争论,在纪录片中出镜,还有告诉公众为什么基因编辑是安全的。

  • 原文来源:https://www.technologyreview.com/s/609699/meet-the-woman-using-crispr-to-breed-all-male-terminator-cattle/
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