評(píng)估基因編輯在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用的指南

研究人員正在迅速采用使用 CRISPR-Cas9 

進(jìn)行基因編輯來(lái)破壞和測(cè)試基因和基因組其他元素的功能。現(xiàn)在幾乎可以在任何物種中高精度地定位和編輯 DNA 代碼。預(yù)計(jì)糧食生產(chǎn)將有許多有益的應(yīng)用，包括提高彈性和動(dòng)物福利、更高的產(chǎn)品質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、以及環(huán)境效益，所有這些都將轉(zhuǎn)化為更大的糧食保障和安全。然而，該技術(shù)的公眾接受度、 可持續(xù)性、和法規(guī)存在不確定性。許多政府、研究人員和食品生產(chǎn)商對(duì)參與“編輯”食品的開發(fā)持謹(jǐn)慎態(tài)度。

水產(chǎn)食品對(duì)于全球糧食安全、人類健康和營(yíng)養(yǎng)、為許多社區(qū)提供收入和生計(jì)非常重要。與其他形式的蛋白質(zhì)生產(chǎn)相比，水生動(dòng)物生產(chǎn)產(chǎn)生的溫室氣體排放量更低，并且可以利用藻類和貝類等低營(yíng)養(yǎng)物種，這些物種需要很少的人類投入，產(chǎn)生的排放量也很少。確保動(dòng)物福利和盡量減少環(huán)境影響的水產(chǎn)養(yǎng)殖做法是糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展以及全球糧食安全的關(guān)鍵。水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生數(shù)百種水生物種（糧農(nóng)組織編制的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括 494 個(gè)個(gè)體物種，以及在較高分類水平上確定的雜交種和群體），與陸地動(dòng)植物相比，大多數(shù)處于較低的馴化水平，選擇性繁殖千年。32基因編輯預(yù)計(jì)將在發(fā)揮水產(chǎn)養(yǎng)殖潛力方面發(fā)揮重要作用，4首批兩種經(jīng)過(guò)編輯的魚類品系已在日本商業(yè)化，基因編輯在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的廣泛應(yīng)用仍存在爭(zhēng)議。

在這里，我們回顧了應(yīng)考慮的關(guān)鍵潛在利益和危害，并基于對(duì)利益和危害風(fēng)險(xiǎn)（本文中的“風(fēng)險(xiǎn)”）的系統(tǒng)評(píng)估，提出了一個(gè)可在全球范圍內(nèi)應(yīng)用的框架，以評(píng)估基因編輯在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用與特定編輯相關(guān)。對(duì)基因編輯應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)的評(píng)估應(yīng)有助于減輕和管理風(fēng)險(xiǎn)，最大限度地提高公眾接受度。如果作為一個(gè)由國(guó)家機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)的透明程序來(lái)評(píng)估基因編輯應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，這種評(píng)估可能會(huì)影響研究的方向，使應(yīng)用更容易被公眾接受和受益，并且對(duì)環(huán)境和行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)較小。

評(píng)估框架的制定和審查方法

基因編輯在水產(chǎn)養(yǎng)殖（和其他養(yǎng)殖物種）中的實(shí)施尚處于起步階段。只有在進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（例如本次審查中提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估）后，有關(guān)潛在風(fēng)險(xiǎn)和收益相關(guān)性的文獻(xiàn)才會(huì)存在。

基因編輯面臨的技術(shù)、社會(huì)、法律和商業(yè)挑戰(zhàn)

在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中實(shí)施基因編輯是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程。首先，有必要確定其修飾可能對(duì)感興趣的性狀產(chǎn)生積極影響的目標(biāo)基因。有時(shí)可以使用全基因組關(guān)聯(lián)分析來(lái)識(shí)別和精細(xì)定位具有大影響的數(shù)量性狀位點(diǎn)，并且映射到這些區(qū)域的基因表達(dá)的對(duì)比可能表明可能影響該性狀的致病基因。接下來(lái)，需要選擇實(shí)現(xiàn)所需效果所需的突變類型（DNA序列插入或刪除、基因激活、抑制或復(fù)制、氨基酸改變等）。目前，敲除基因相對(duì)簡(jiǎn)單，但這可能對(duì)個(gè)體福利和物種生物學(xué)產(chǎn)生重大影響。

引入所需的編輯可能會(huì)導(dǎo)致脫靶效應(yīng)或不受控制的上位基因相互作用，因此在進(jìn)行編輯之前需要對(duì)編輯的影響進(jìn)行徹底的評(píng)估（例如，動(dòng)物福利、食品安全、環(huán)境后果等）。實(shí)施它來(lái)生產(chǎn)供食用的動(dòng)物。

最后，如果要將編輯引入生產(chǎn)種群，那么我們需要考慮：

（i）應(yīng)在育種鏈的哪個(gè)級(jí)別實(shí)施（育種核心、倍增器或農(nóng)場(chǎng)級(jí)別），

（ii）如何有效地實(shí)施在該水平上進(jìn)行編輯（例如，在胚胎或生殖細(xì)胞中的傳遞機(jī)制，消除或減少嵌合體）。

（iii）如何使基因編輯與育種計(jì)劃管理兼容（例如，限制遺傳變異性和近親繁殖的損失，能夠逆轉(zhuǎn)對(duì)不育等性狀的編輯）。

基因編輯和基因改造不僅在生產(chǎn)和實(shí)施方面具有技術(shù)挑戰(zhàn)性，還存在重大的社會(huì)、法律和商業(yè)化挑戰(zhàn)。轉(zhuǎn)基因生物通常被定義為含有從另一物種轉(zhuǎn)移的基因的生物。相比之下，基因編輯通常涉及修改特定目標(biāo) DNA 堿基，而不涉及引入其他物種的完整基因。牲畜首次于 1985 年進(jìn)行基因改造，但很少有基因改造動(dòng)物被商業(yè)化用于食品生產(chǎn)；AquaAdvantage 大西洋鮭魚是第一個(gè)值得注意的例子。食品用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生產(chǎn)和銷售的審批程序和法律既復(fù)雜又具有限制性。默認(rèn)情況下，基因編輯動(dòng)物被許多司法管轄區(qū)（例如歐盟）視為轉(zhuǎn)基因生物。然而，一些國(guó)家已經(jīng)通過(guò)立法，開啟了生產(chǎn)基因編輯食品的可能性。例如，英國(guó)議會(huì)的《2023 年基因技術(shù)（精準(zhǔn)育種）法案》允許通過(guò)基因編輯生產(chǎn)食物，前提是最終作物與自然生產(chǎn)的品種沒有什么不同，并且可以防止或最大限度地減少不利影響，日本和巴西等其他國(guó)家也有更寬松的立法。

將 CRISPR-Cas9 技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域可能是福是禍，具體取決于編輯的性質(zhì)、動(dòng)機(jī)以及因創(chuàng)建或接觸編輯物種而造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)。有利可圖的生產(chǎn)將是一個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，但利益相關(guān)者必須徹底評(píng)估經(jīng)濟(jì)之外的風(fēng)險(xiǎn)和收益。我們做出的有關(guān)基因編輯的決定非常重要，可能會(huì)影響水產(chǎn)養(yǎng)殖價(jià)值鏈、水生生態(tài)系統(tǒng)以及我們的城市、農(nóng)村和土著社區(qū)的所有部分。

基因編輯應(yīng)用的考慮

我們認(rèn)為，潛在的基因編輯應(yīng)用應(yīng)更仔細(xì)地考慮對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖價(jià)值鏈、水生環(huán)境和社會(huì)的廣泛危害、風(fēng)險(xiǎn)和利益，并應(yīng)利用基因編輯來(lái)尋找重大挑戰(zhàn)的解決方案，而不是利用基因編輯技術(shù)來(lái)解決重大挑戰(zhàn)。尋求商業(yè)特征的漸進(jìn)改進(jìn)。例如，選擇性育種對(duì)于許多性狀都非常有效，例如，每代的生長(zhǎng)率提高約 12%（當(dāng)改進(jìn)的全部重點(diǎn)都集中在該單一性狀時(shí)）。因此，基因編輯應(yīng)側(cè)重于引入從頭變異，以產(chǎn)生對(duì)可持續(xù)發(fā)展或動(dòng)物福利至關(guān)重要的性狀的“飛躍”變化。

基因編輯與選擇性育種完美地協(xié)同作用，因?yàn)樗梢杂行У貜挠N目標(biāo)中刪除某種性狀（例如，如果經(jīng)過(guò)編輯的動(dòng)物對(duì)某種疾病具有高度或完全的抵抗力），從而使育種計(jì)劃能夠更加重視其他性狀選擇指數(shù)。

公眾接受

公眾接受度是基因編輯在水產(chǎn)養(yǎng)殖中成功應(yīng)用的關(guān)鍵決定因素，所有利益相關(guān)者都將從消費(fèi)者積極看待基因編輯應(yīng)用中受益。為了讓公眾接受基因編輯，或者給基于事實(shí)拒絕實(shí)施該方法的機(jī)會(huì)，良好的科學(xué)交流和研究成果的傳播是必要的。應(yīng)該進(jìn)行公眾參與，以表達(dá)意見、反思和關(guān)切。生產(chǎn)商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要提供理由并減輕人們對(duì)如何以及為何應(yīng)用基因編輯的擔(dān)憂，并證明其好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)社會(huì)、動(dòng)物福利或環(huán)境造成危害的任何風(fēng)險(xiǎn)。在基因編輯動(dòng)物進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)之前，此類評(píng)估需要公開。科學(xué)家、工業(yè)界和監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要與土著社區(qū)密切合作，以確保可能的變化不會(huì)影響物種的文化意義及其在環(huán)境中的地位。我們認(rèn)為，在決定進(jìn)行哪些申請(qǐng)時(shí)必須做出合理的判斷。

就大西洋鮭魚（全球最有價(jià)值的水產(chǎn)養(yǎng)殖商品之一）而言，利益相關(guān)者認(rèn)為三個(gè)主要道德原則非常重要：福利、誠(chéng)信和標(biāo)志性地位，其中保護(hù)環(huán)境和野生鮭魚是關(guān)鍵可持續(xù)性問題。根據(jù)挪威進(jìn)行的調(diào)查報(bào)告，大多數(shù)消費(fèi)者認(rèn)為基因編輯應(yīng)用具有明確的社會(huì)和可持續(xù)性效益（例如促進(jìn)魚類健康和減少環(huán)境影響），是積極的，而注重生產(chǎn)性狀或?qū)?dòng)物產(chǎn)生負(fù)面影響的應(yīng)用福利會(huì)引起負(fù)面反應(yīng)。此外，研究發(fā)現(xiàn)，印度和北美消費(fèi)者更傾向于更自然的生產(chǎn)方式，這些偏好推動(dòng)了散養(yǎng)養(yǎng)雞和有機(jī)品牌等做法的采用。因此，如果所做的改變更接近自然界中發(fā)現(xiàn)的變異的程度和類型，那么公眾對(duì)基因編輯的接受度可能會(huì)更高（例如，通過(guò)插入新 DNA 序列進(jìn)行的總體改變可能不太被接受） 。

選擇性育種通過(guò)選擇種群中最好的遺傳變異來(lái)推動(dòng)遺傳改良。這些遺傳變異是由于不同遺傳位點(diǎn)發(fā)生自然突變而產(chǎn)生的。基因編輯與選擇性育種一樣，是驅(qū)動(dòng)遺傳改良的一種手段，然而，在基因編輯的情況下，突變過(guò)程受到控制，并直接影響特定目標(biāo)基因的功能。我們認(rèn)為，考慮為什么選擇育種的遺傳改良被公眾普遍接受以及為什么相比之下，對(duì)其他形式的遺傳改良（例如基因改良）的潛在后果有更多的不確定性和擔(dān)憂，是相關(guān)且有趣的。編輯（例如，挪威用戶對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的態(tài)度。選擇性育種的普遍接受可能是由于多種因素，包括它是數(shù)百年來(lái)用于提高糧食產(chǎn)量的行之有效的做法、公眾對(duì)陸地動(dòng)植物品種的熟悉程度、自然發(fā)生的遺傳變異的選擇以及它產(chǎn)生緩慢而漸進(jìn)的性狀變化。相比之下，基因編輯引起的變化可能是通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)基因編輯步驟產(chǎn)生的巨大影響的從頭變化，有可能對(duì)目標(biāo)表型產(chǎn)生比選擇性育種更快、更明顯的影響（盡管編輯可能會(huì)繼續(xù)下去）。基本上沒有被注意到，并且可能成為公眾心目中的“新常態(tài)”）。

一些社會(huì)和人群似乎比其他社會(huì)和人群更容易接受基因操縱的概念（取決于社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景、文化環(huán)境、教育等）。關(guān)于該主題的對(duì)話可能并不總能改變公眾對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的看法。即使風(fēng)險(xiǎn)不明顯，關(guān)于使用基因技術(shù)的道德立場(chǎng)也可能占上風(fēng)。傳播者的可信度和善意將對(duì)公眾對(duì)基因編輯的態(tài)度產(chǎn)生重要影響。變革的方式也會(huì)影響人們的看法。例如，消除不利的表型可能比提高生產(chǎn)力更容易被接受。

在開始評(píng)估之前，系統(tǒng)會(huì)提示用戶組考慮該問題是否已經(jīng)存在有效的替代解決方案，如果存在，基因編輯是否合適。還提示用戶組考慮確保易于傳播和實(shí)施的策略（傳播和頻率導(dǎo)致利益的傳播和吸收）。如果用戶組繼續(xù)進(jìn)行，他們會(huì)被邀請(qǐng)對(duì)他們的應(yīng)用程序在特定關(guān)注領(lǐng)域的好處和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)級(jí)。我們列出了 9 個(gè)關(guān)鍵考慮因素作為起點(diǎn)：

1. 對(duì)野生種群的潛在遺傳影響。

2. 潛在的當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)影響。

3. 對(duì)養(yǎng)殖和野生種群疾病風(fēng)險(xiǎn)的影響。

4. 編輯的破壞性（公眾看法）。

5. 對(duì)供應(yīng)鏈環(huán)境足跡的影響。

6. 對(duì)動(dòng)物福利的影響。

7. 對(duì)人體營(yíng)養(yǎng)的影響（數(shù)量和質(zhì)量）。

8. 道德商業(yè)實(shí)踐（經(jīng)濟(jì)受益人和透明度）。

9. 對(duì)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的影響（可持續(xù)性、收入、就業(yè)）。

對(duì)于每個(gè)關(guān)注領(lǐng)域，用戶應(yīng)做筆記以描述潛在益處和/或危害的基本原理，并使用下拉框來(lái)評(píng)估影響的概率以及益處和/或危害的程度。風(fēng)險(xiǎn)緩解措施及其對(duì)負(fù)面影響的剩余概率和/或損害的剩余程度的影響也應(yīng)記錄在評(píng)估框架的最后一欄中。評(píng)估框架的術(shù)語(yǔ)和計(jì)算選項(xiàng)卡（補(bǔ)充材料1）中提供了描述如何使用評(píng)估框架及其執(zhí)行的計(jì)算的更多詳細(xì)信息 。潛在的環(huán)境危害或效益是考慮因素1、2、3和5的一部分，用戶群體應(yīng)熟悉針對(duì)轉(zhuǎn)基因生物開發(fā)的現(xiàn)有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理方法。

一個(gè)假設(shè)的示例案例，即增強(qiáng)大西洋鮭魚對(duì)寄生鮭魚虱子Lepeophtheirus Salmonis的抵抗力的基因編輯，被填充到補(bǔ)充材料中包含的 Excel 電子表格中（圖2a中可視化的預(yù)評(píng)估 和圖2b中可視化的主工作表的一部分 ， c ). 該框架可以輕松擴(kuò)展和調(diào)整以適應(yīng)不同的情況。補(bǔ)充模型包括評(píng)估框架使用的術(shù)語(yǔ)和應(yīng)用的自動(dòng)排名（根據(jù)圖3所示的收益和風(fēng)險(xiǎn)矩陣）的描述 。評(píng)估框架工作表自動(dòng)計(jì)算的最終分?jǐn)?shù)是擬議的基因編輯應(yīng)用的平均總體風(fēng)險(xiǎn)收益比。這是一個(gè)相對(duì)值，最大為 3（高度有益和可持續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)），最小為 -3（無(wú)益處和嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)）。