未來之食物

編譯 毛巍

在明尼蘇達州高速公路附近的漢普頓酒店和丹尼餐廳旁邊隱匿著一個耀眼的實驗室，它就是大名鼎鼎的生物技術(shù)公司——Calyxt（其隸屬法國制藥公司Cellectis），這家公司的研究人員主要通過控制一臺四四方方的機器人來工作。

這臺機器人就像一個娃娃抓取機，使用移液器將DNA轉(zhuǎn)移到滴管中。事實上這臺機器正在構(gòu)建一種能夠重新編輯DNA的酶，而這種酶能夠給人類的食品工業(yè)和農(nóng)業(yè)帶來革命性的改變。

由于采用了一種被稱為基因編輯的尖端技術(shù)，科學家現(xiàn)在可以輕輕松松地將植物基因‘打開’和‘關(guān)閉’，這個操作過程就像打開照明燈開關(guān)一樣。

Calyxt公司的轉(zhuǎn)基因大豆即將上市

Calyxt公司提供的“更加健康”的大豆油是業(yè)界第一款真正的基因編輯食品，這款產(chǎn)品最快在2018年年底上市。一旦上市將應(yīng)用在薯條、沙拉醬和烘焙食品中。

研究人員在實驗室里擺放大豆樣品

鮑伯·布朗是明尼蘇達州的一位農(nóng)場主，他和另外75位農(nóng)場主在勒蘇爾縣的農(nóng)場上種植了Calyxt的轉(zhuǎn)基因大豆

與傳統(tǒng)的基因改造方法不同，新技術(shù)在改造基因上更加精準、快速并且成本低廉。公司管理層希望這款產(chǎn)品能夠避免出現(xiàn)第一代轉(zhuǎn)基因食品面臨負面聲譽和監(jiān)管障礙的問題。

但是技術(shù)變革的速度還是令消費者和環(huán)保組織感到震驚，因為他們認為新的基因編輯技術(shù)尚未通過充分的審查就已經(jīng)上市，他們已經(jīng)請求監(jiān)管組織進一步加強基因編輯食品安全性審查。

“這令我們感到非常為難?！盋alyxt公司的首席執(zhí)行官費德里科·特里波迪（Federico Tripodi）評價說，“消費者在生活的方方面面都能接受技術(shù)上的進步，但是將技術(shù)應(yīng)用到食品上，消費者卻很難接受。我們需要了解如何參與公眾對話。”

Calyxt公司的大豆是美國農(nóng)業(yè)部迄今為止已經(jīng)認可的23種基因編輯作物中的第一種。

該公司的科學家通過“關(guān)閉”大豆中反式脂肪酸基因研發(fā)出這一款轉(zhuǎn)基因大豆。與傳統(tǒng)的大豆相比，這種大豆榨取的豆油含有更多“健康”的脂肪酸，而導致人體膽固醇增多的脂肪酸更少。

特里波迪認為，這款產(chǎn)品類似于橄欖油，但是卻沒有橄欖油那種刺激性的味道，畢竟有很多人因接受不了橄欖油味道，連加了橄欖油的奧利奧餅干或燕麥棒都不愿意食用。正因為新大豆油繼承了橄欖油的健康，卻沒有刺激性味道，而贏得了一家非營利公共利益科學中心組織的盛贊。

這家代表消費者團體的組織評價說：“無論使用何種方法獲得新型健康食用油，公眾食用這種含有較少反式飽和脂肪酸的食用油，健康將得到改善和提升?！?/p>

“隨著基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)，我們對農(nóng)作物改良的步伐正在加快?！盋alyxt公司的首席科學家兼明尼蘇達大學生物學教授丹·沃伊塔斯（Dan Voytas）評論說，“我從來沒有預(yù)料到農(nóng)業(yè)會以目前驚人的速度發(fā)展?！贝┻^潮濕的溫室，我們可以看到Calyxt公司正在種植的實驗大豆、小麥和油菜等大片綠色農(nóng)作物。

TALEN如何編輯DNA?

TALEN像文字處理器那樣處理文字，可以找到并編輯DNA序列。

1.科學家首先生成一種TAL蛋白，這類蛋白由若干個模塊組成，可以定位并讀取DNA特定序列

2.然后TAL蛋白將會連接至核酸內(nèi)切酶（DNA切割工具），就生成了DNA剪切工具——TALEN

3.兩個TALEN定位在DNA序列中的預(yù)編碼位點，在兩側(cè)的切割位點各留下一個間隔區(qū)

4.然后核酸內(nèi)切酶從DNA兩條鏈分別開始工作，每個酶各負責切割一條單鏈

5.切割后，細胞將會自己嘗試來修復(fù)DNA, 這樣最終可以使得基因“沉默”。舉例來說，科學成功地通過該技術(shù)“沉默”了大豆中表達反式脂肪酸的基因。當然，科學家也可以在DNA中插入新的片段來改變基因的表達

巧妙的基因編輯剪刀

自人類進入農(nóng)業(yè)社會以后，育種者一直致力于改良農(nóng)作物。幾個世紀以來，農(nóng)民培育出最健康、產(chǎn)量大增的農(nóng)作物，以獲取性能更優(yōu)良的農(nóng)作物種子。自20世紀80年代以來，科學家開始利用基因工程技術(shù)在不同農(nóng)作物之間去除或增加DNA以改良農(nóng)作物性狀。

根據(jù)皮尤研究中心（美國一間獨立民調(diào)機構(gòu)）2016年的一份調(diào)查報告顯示，轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物和食品引起了美國消費者的強烈反對，接近40%的公眾認為轉(zhuǎn)基因食品對健康非常不利。公眾對轉(zhuǎn)基因食品的顧慮推動了數(shù)十億美元的非轉(zhuǎn)基因食品市場的增長，并且大大限制了轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物在歐洲的種植。

但是科學家希望公眾對新的基因編輯技術(shù)尤其是大名鼎鼎CRISPR和TALENs技術(shù)持稍微友好的態(tài)度，這是因為這些基因編輯技術(shù)對改善食物的口味和營養(yǎng)都非常有價值。

這兩種技術(shù)在使用的時候都像巧妙的剪刀一樣，在目標編碼位點上剪開植物DNA的雙螺旋。剪切后的DNA會自我愈合。此時，斷裂處的基因或被刪除或被擾亂，從而有效“關(guān)閉”目標基因的表達。

通過基因編輯改善農(nóng)作物時，研究人員不僅僅刪除已有的遺傳密碼，他們還探索在DNA斷裂處添加新的遺傳密碼，并且還嘗試在單一植物中編輯多個基因的方法。一部分科學家聲稱在幾年內(nèi)可以實現(xiàn)這一目標。一家初創(chuàng)公司Inari農(nóng)業(yè)認為，有朝一日農(nóng)場主可以根據(jù)自己農(nóng)場的種植需要來定制農(nóng)作物種子。

“我認為，盡管我們對基因編輯進行了大規(guī)模的宣傳，但是除了少數(shù)科幻小說的作者之外，絕大多數(shù)人都低估了我們所引入的農(nóng)作物將產(chǎn)生的變化，我認為這將是革命性的。”一家位于華盛頓的智庫——信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會（ITIF）的高級研究員沃·吉丁斯（Val Giddings）表示，“這項技術(shù)將會以積極的方式，極大地改變?nèi)伺c自然環(huán)境各個方面的關(guān)系?！?/p>

他表示，大學實驗室和Calyxt等公司的科學家已經(jīng)著手設(shè)計更有營養(yǎng)、更方便、可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)作物。低成本的基因編輯技術(shù)使得小型企業(yè)能夠在長期由大型農(nóng)企主導的領(lǐng)域競爭中嶄露頭角。

西班牙科爾多瓦農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所的研究人員針對蓬勃發(fā)展的無麩小麥市場需求推出了低筋小麥品種；賓夕法尼亞州立大學開發(fā)出不會變褐色的蘑菇；冷泉港實驗室則開發(fā)出適合生長季較短的西紅柿品種。與此同時，全美國的大學都在轟轟烈烈地開展能夠抵御干旱、疾病和氣候變化的農(nóng)作物研究。

科學家們認為，在橙子、釀酒葡萄和可可等農(nóng)作物中開展的基因編輯工作能夠極大地保護這些植物，未來還能夠降低這些農(nóng)作物對灌溉、化肥和農(nóng)藥的需求。

“人類在農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中面臨著一些非?，F(xiàn)實的問題，”美國種子貿(mào)易協(xié)會國內(nèi)和國際政策高級副總裁伯尼斯·斯盧茨基（Bernice Slutsky）評論說，“這些農(nóng)作物進行基因編輯后，可應(yīng)對干旱、作物病蟲害壓力和氣候變化?！?/p>

應(yīng)對基因編輯脫靶的風險

基因編輯后的大豆生長在Calyxt公司的溫室里

肖恩·戴維森（Shawn Davison）在Calyxt公司工作

基因編輯技術(shù)對農(nóng)作物基因改良的速度在加快，一些消費者和環(huán)保組織開始擔心該領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)大大超過監(jiān)管機構(gòu)的監(jiān)管范疇。該項技術(shù)的倡導者和反對者都認為，具有30年歷史的轉(zhuǎn)基因作物審查法律的框架未能跟上CRISPR和TALENs等基因編輯技術(shù)的創(chuàng)新步伐。

根據(jù)現(xiàn)行法律規(guī)定，美國農(nóng)業(yè)部對待基因編輯后的農(nóng)作物和大多數(shù)常規(guī)的轉(zhuǎn)基因生物態(tài)度一致，不需要對這些農(nóng)作物進行額外的現(xiàn)場測試或環(huán)境評估。這主要是因為迄今為止市面上銷售的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物，例如Calyxt公司生產(chǎn)的大豆，都不含有外源遺傳物質(zhì)，也不使用科學家在第一代轉(zhuǎn)基因生物中經(jīng)常用到的細菌或病毒。農(nóng)業(yè)部表示它也無法濫用自己的監(jiān)管權(quán)利，因為農(nóng)業(yè)部的主要職責是保護植物免受病毒感染和害蟲侵害。但是在2018年7月下旬，歐洲最高法院得出了與之相反的結(jié)論，他們裁定提供基因編輯農(nóng)作物的公司應(yīng)當遵守與轉(zhuǎn)基因生物相同的審查規(guī)定。

與此同時，美國食品藥品管理局（FDA）會在食品制造商提出要求的前提下監(jiān)測基因編輯食品的安全性和營養(yǎng)價值。據(jù)FDA稱，Calyxt并沒有提出這樣的需求。不過，目前FDA正在評估基因編輯食品是否存在額外的安全風險。

北卡羅來納州立大學基因工程和社會學教授珍妮弗·庫茲瑪（Jennifer Kuzma）評價道：“為了向消費者證明基因編輯食品是安全的，我們很有必要開展這類評估。尤其值得關(guān)注的是，一種被稱為基因編輯脫靶的事故或基因編輯后造成植物DNA意外的改變?！?/p>

Calyxt公司首席執(zhí)行官費德里科·特里波迪在明尼蘇達州羅斯韋爾的溫室中

剛剛退休的愛荷華州立大學農(nóng)學和毒理學教授杰夫·沃爾特（Jeff Wolt）則評價說：“基因編輯后造成的事故，既有可能發(fā)生在實驗室中，亦有可能發(fā)生在自然界里，但即使如此也很少讓農(nóng)作物的培育者望而卻步。如果這個事故真的發(fā)生了，可能會產(chǎn)生較大的負面影響，如造成生物生長停滯，產(chǎn)生新的過敏源和毒素，或使植物暴露于疾病之中?！倍参飳W家在20世紀60年代就已經(jīng)嘗到這個苦果。

“無論是出于科學研究的需要，還是出于增強消費者和公眾信心的目的，我們都需要出臺一個強制性的監(jiān)管程序，”庫茲瑪說，“雖然我認為絕大多數(shù)的基因編輯食物都和傳統(tǒng)食物一樣安全，但是我也相信會有例外?！?/p>

消費者團體也對如何標記基因編輯食品提出了警告。雖然美國國會通過了一項法律，要求食品制造商自2016年起需要明確標識食品的轉(zhuǎn)基因成分，但是這些規(guī)定可能不適用于通過基因編輯技術(shù)新近上市的食品。

審查該產(chǎn)品的專家這樣評論：“Calyxt公司將其豆油作為‘非轉(zhuǎn)基因’食品銷售給食品制造商，給出的解釋是，該產(chǎn)品不含有任何外源遺傳物質(zhì)。”

“但是消費者不太可能接受這種細小的差異?！毕M者聯(lián)盟的資深科學家邁克爾·漢森（Michael Hansen）評價說。漢森認為，第一代轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品之所以聲名狼藉，主要原因是生物技術(shù)公司在20世紀80年代至90年代進行了拙劣的公共宣傳。如果目前新興企業(yè)重復(fù)這一錯誤，消費者有可能會拒絕這一項新興且有前景的技術(shù)。

“實際上，我并不理解為什么這些公司不愿在基因編輯產(chǎn)品上明確標識?！睗h森說，“沒有明確標識反而會使消費者疑心他們在隱藏某些東西，而且消費者對新產(chǎn)品的接受程度也取決于此。”

但是農(nóng)作物種子的基因編輯革命已經(jīng)實實在在地發(fā)生在農(nóng)場里了。在Calyxt公司辦公樓以南1小時車程的地方，該公司基因編輯大豆已經(jīng)在62歲的農(nóng)場主鮑伯·布朗（Bob Braun）的小山坡上郁郁蔥蔥地生長起來，遠遠望去就像一塊綠色的地毯；靠近一些，還聞到淡淡的薰衣草花香。

布朗是本季度種植Calyxt大豆的75名農(nóng)場主之一，這75位農(nóng)場主種植Calyxt公司大豆的總共面積達到17 000英畝。這些大豆與大面積種植的普通大豆無法區(qū)分：它們的蔓藤向各個方向都有伸展，緊緊地簇擁在土地上。

布朗預(yù)測，不用幾年，消費者將再也不會擔心基因編輯的農(nóng)作物與傳統(tǒng)農(nóng)作物之間的區(qū)別。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，這是最具有革命性的幾次創(chuàng)新之一。

“回溯人類歷史進程，不難發(fā)現(xiàn)，任何時候都能夠找到懼怕變革的人，”他說，“當我還是個孩子的時候，我還常常聽到老人抱怨拖拉機?！?/p>