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限制性别,只准生育雄性!科学家培育“终结者肉牛”,基因编辑控制性别或将成为现实

原标题:限制性别,只准生育雄性!科学家培育“终结者肉牛”,基因编辑控制性别或将成为现实

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。

图丨加州大学戴维斯分校基因组与生物技术研究员Alison Van Eenennaam

“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。

图丨SRY 基因结构

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。

图丨孟山都

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。

图丨美国农业部

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。

图丨Van Eenennaam

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。

-End-

编辑:张晗 校审:黄珊

本书灵感源于“TR35”,即《麻省理工科技评论》享誉全球的“35 位 35 岁以下科技创新青年”(MIT Technology Review 35)青年人才榜如果你想一睹全球科技创新领导者背后的精彩事迹,你也一定不能错过这本书。返回搜狐,查看更多

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