【科技.未來】編輯動物基因 可掀食物革命?

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能抵抗炎夏的安格斯牛、不會染上禽流感的雞、羊毛更長的山羊……為增加農產量,改善動物福利,近年科學界正掀起一場以基因編輯(gene editing)改造牲畜組織的革命。

但近日美國食物及藥物管理局(FDA)仔細觀察其中一隻經編輯的動物—名為Buri的無角乳牛,竟發現其基因組含有細菌的DNA,更包括一段抗生素耐藥性的基因。

本來潛力無窮的基因編輯,會否就此走上過往基因改造的失敗道路?

為安全及方便管理,荷蘭乳牛很多時都被割掉牛角。(Getty Images)

霍爾斯坦乳牛(Holstein,又名荷蘭乳牛)的牛角可以長得很大,會對族群中其他動物及照顧牠們的農場員工構成危險。一般情況下,農夫會在牠們幼年時割下牛角,但過程不但對乳牛造成痛苦,也增加了成本,農夫更會用上燒紅的鐵或腐蝕性化學劑,以免牛角重生。

編輯乳牛遇上細菌

有見及此,美國基因公司Recombinetics透過基因編輯製造出無角乳牛。該公司先從荷蘭乳牛抽取皮膚細胞,然後使用基因編輯工具將原來的、不想要的基因剪走,再把預先準備好的DNA 模板插入其中,替換成想要的「無角」基因。這些編輯了的皮膚細胞其後被複製,並於2015年經代母誕生出兩隻無角小牛Buri和Spotigy。Spotigy其後被屠宰,用作分析組織,Buri則活着並有17隻後代,分散於美國加州大學戴維斯分校的研究設施和澳洲一個農場。

「我們知道那基因確實需要去哪個位置,我們也將它放到那確實位置。」Recombinetics負責人在2017年說,「我們有所有科研數據,可證明沒有脫靶效應(off-target effect)。」但基因編輯並非擁護者所說般可預測和可靠,過程中需要在DNA上作準確改變,或會在無人察覺之下引入了意料之外的重要改變。

牲畜2.0:更健康更多產的農場動物(香港01製圖)

Recombinetics只是這股基因編輯農場動物潮流的其中一員。英國愛丁堡大學羅斯林研究所和美國密蘇里大學遺傳學家Randall Prather曾分別以基因編輯技術育成能抵抗俗稱藍耳症(PRRS)的豬。方法是把豬隻DNA上的一小截基因刪除,經編輯的豬隻即使曝露於PRRS病毒或延長與受感染同伴的同居時間,都不會遭到感染。「這就是所謂的完全免疫。」羅斯林研究所研究員Christine Tait-Burkard說。

今年1月,羅斯林研究所還宣布會培養對流感免疫的雞,並表示正研究如何修改動物基因,以對抗大腸桿菌(E. coli)和曲狀桿菌(campylobacter)。另有其他科學家正欲解決威脅蠔的疱疹病毒,以及讓三文魚免疫阿米巴鰓病(amoebic gill disease)。

Recombinetics以基因編輯製成的安格斯牛Genselle,可適應巴西炎熱天氣。圖右為Sonstegard。(Recombinetics圖片)

預防疾病增加產量

在巴西,有科學家希望外地品種也能適應當地氣候。美國是安格斯(Angus)牛肉的最大產地,而巴西牛肉主要來自瘤牛(Zebu)。巴西國家農業研究機構Embrapa研究副總監Fernando Flores表示,在全球市場中,每磅美國牛肉比巴西牛肉貴約50%,其中一個原因是「瘤牛肉不夠腍,比較瘦,沒有什麼脂肪,不會有油花紋」。此外,巴西本地對安格斯牛肉的需求不斷上升,導致愈來愈多牧場主希望飼養安格斯牛。

問題是,巴西夏天的炎熱天氣會令安格斯牛無胃口,不長肉。Sonstegard解釋:「當氣溫超過華氏90度(約攝氏32.2度),牠們就很辛苦。」Recombinetics子公司Acceligen行政總裁Tad Sonstegard認為自己找到解決方法。數年前,他在牛隻品種Senepol身上發現一種讓牛隻能適應炎熱氣候的耐熱基因SLICK,他深信可透過基因編輯在安格斯牛引入SLICK。之所以用基因編輯而非傳統交叉繁殖,一個原因是瘤牛產奶能力較差,要交叉繁殖出高產奶量又耐熱的牛可能需數十年時間。

Recombinetics的科學家從一隻紅安格斯牛(Red Angus)身上抽取細胞,並以名為TALENs的基因編輯進行修改。他們把基因中一組鹼基對刪除,使安格斯牛也有Senepol的SLICK基因。在美國製出20,000個這些細胞後,再冷藏運到巴西,然後在當地進行複製,把這些細胞的DNA加入卵子,在實驗室生成胚胎置入牛代母。九個月後,即去年7月,一隻名為Genselle的基因編輯雌牛誕生,一同出生的還有另一隻雌牛,惟出生一周後死亡。Recombinetics科學家Marc Maserati聲稱死因是複製過程造成的先天缺陷,與基因編輯無關。

Sonstegard在Genselle出生兩周後已發現牠與一般安格斯牛有少許不同,「牠的耳毛比較疏落,也比正常的短……這令牠較易降溫。估計牠應有更活躍的汗腺,也可能有些新陳代謝差異,讓牠更能適應炎熱氣候。」Songstegard聲稱,Genselle的血液檢測結果確定基因編輯有效,並指Genselle能很好地適應巴西的環境:「牠就像一隻正常動物,在巴西炎夏時也沒有『熱緊迫』(heat stress,高溫刺激下造成的緊迫反應,會影響禽畜的生理反應)迹象。」

另有科學家想以基因編輯增加農產量。茄士咩(cashmere)是山羊毛較內裏一層絨毛,只在冬天生長,毛質柔軟輕盈。雖然有人專門養殖生產茄士咩的山羊,但產量極低,每隻只能提供半磅茄士咩,導致價格高昂。有中國科學家曾使用基因編輯工具CRISPR阻斷山羊一個基因,令茄士咩羊毛更長、更多,但沒有更厚。這些改動令每隻羊增產約三盎司毛。

基因編輯或可增加農產量,有科學家認為這技術對於窮困落後國家農民尤其重要。(Getty Images)

加州大學戴維斯分校獸醫Alison Van Eenennaam利用CRISPR,把SRY基因加到牛的X染色體。SRY基因負責在胚胎成長時控制它發展成雄性,這樣編輯的話,即使本來會發展成雌性的胚胎也可改為雄性。由於不少農夫傾向要較多肉的公牛以賺更多錢,Van Eenennaam相信這種用途未來會有市場。

愛丁堡大學熱帶家畜遺傳與健康中心(CTLGH)總監Appolinaire Djikeng認為,落後國家特別需要基因編輯動物技術:「有幾個原因,例如牛奶生產,在撒哈拉以南的乳牛,產量平均比在溫帶(經濟較先進的地區)少五倍。在先進經濟體,結構完善和長遠繁殖項目幫了不少,例如會持續監察動物有否近親繁殖之類。在幾乎整個撒哈拉以南的非洲,都沒有這些繁殖項目。所以很難追蹤基因在幾代之間的遺傳變化。」

Djikeng認為,更能抵抗疾病和更多產的牛、豬和雞對這些國家有重大意義:「我們可以令一些最弱勢的國家減少貧窮。我們說的是那些只有1、2或3隻動物的小農。若動物死了或者產量不及預期,就代表這小農家庭沒有收入,可能陷入絕對貧窮。」Djikeng的團隊正專注研發可抵抗新城病(Newcastle disease)的雞,以及抵抗東海岸熱(East Coast fever)的乳牛。

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上文節錄自第179期《香港01》周報(2019年9月9日)《細菌DNA擾亂基因編輯 食物革命未竟全功》。

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