CRISPR豬：精準豬基因編輯對抗PRRS病毒威脅

基于 CRISPR 的基因組編輯已成功應用于鐮狀細胞病，其他公司正在致力于開發基于 CRISPR 的療法。這項技術應用到動物身上似乎是很自然的事情。現在，英國動物遺傳學公司 Genus 的科學家團隊在威斯康星州和田納西州設有研究機構，開發出新一代 CRISPR 編輯豬，可以抵抗豬繁殖與呼吸綜合征 (PRRS) 病毒，這種疾病已在幾十年來對世界各地的豬群產生了廣泛的影響。 

有關豬的具體編輯方式的詳細信息發表在《CRISPR 雜志》上發表的一份新報告中，題為“使用 CRISPR-Cas 生成具有商業規模的豬繁殖和呼吸綜合征病毒抗性豬群”。 

Genus 團隊描述了一個規模化的基因編輯計劃，該計劃將“單個修飾的 CD163 等位基因引入四個遺傳多樣性的精英豬系中”。這項工作培育出健康的豬，“根據巨噬細胞和動物的挑戰，可以抵抗藍耳病病毒感染。” 經過編輯的豬“在受到 PRRSV 攻擊時，肺部和淋巴結組織中沒有感染或病毒復制的跡象。” Genus 團隊相信，這可能是首次將 CRISPR 基因編輯整合到牲畜育種計劃中，并可能完全消除豬的一種主要傳染病。 

北卡羅來納州立大學食品、生物加工和營養科學教授兼《CRISPR 雜志》主編 Rodolphe Barrangou 博士表示：“這是一項里程碑式的研究，展示了基于 CRISPR 的技術在商業牲畜育種方面的潛力。”。“基因組編輯可用于培育健康的抗藍耳病豬，這些豬與親本豬群無法區分，這一與商業相關的概念證明為將該方法應用于其他具有商業利益的疾病和性狀奠定了基礎。” 

“他們能夠在幾代之內培育出一批種公豬（每系 10-15 頭）和后備母豬，作為基因編輯的核心豬群，利用經典育種實現最終的商業豬肉生產和銷售，”Alison Van Eenennaam 說博士，加州大學戴維斯分校動物科學系動物基因組學和生物技術推廣專家。“有更復雜的方法可以保證編輯的等位基因處于純合狀態，并且在產生的所有動物中不存在脫靶插入缺失，例如使用編輯的豬胚胎干細胞，但最終他們使用的方法完成了這項工作”。

Genus 首席科學官兼研發主管、該論文的合著者 Elena Rice 博士告訴 GEN，Genus 致力于改善牲畜遺傳學，以確保農業生產中豬和牛的健康、強壯。“牲畜有很多疾病，其中有幾種對農民來說確實是毀滅性的，”賴斯說。在最近出現非洲豬流感之前，藍耳病感染一直位居榜首。 

黑暗的開端 

也稱為藍耳豬病，美國首例 PRRS 病例于 1987 年報道。雖然該病毒的確切起源尚不清楚，但其影響卻非常清楚。目前，世界各地的養豬場都發現了這種疾病，每年導致 20% 的牲畜死亡。它的影響是環境、心理和個人的——更不用說對養豬業造成的經濟破壞了。據估計，美國每年的損失超過 6 億美元。 

賴斯表示，已經開發出多種疫苗來阻止藍耳病的傳播，但效果有限。正如論文中所解釋的，PRRS 病毒“由于容易出錯的病毒 RNA 依賴性 RNA 聚合酶和顯著的基因重組率而具有很高的突變率”。  

通常在豬已經出現癥狀時注射疫苗，但那時往往為時已晚，無法挽救它們。即使豬在感染中幸存下來，它們的免疫系統通常也太弱，無法抵抗可能出現的肺炎等繼發感染。只要幾頭被感染的豬就足以消滅整個豬群。迄今為止，培育抗藍耳病豬群的嘗試也沒有取得很好的效果。

除了育種工作之外，學術界的科學家還研究了 PRRS 感染的遺傳基礎。事實證明，有幾個基因與病毒感染有關，其中包括編碼病毒進入受體的 CD163。在豬中，這種特殊的蛋白質在巨噬細胞和單核細胞的表面表達，并介導炎癥等功能。 

Genus 的工作建立在對 CD163 作用的研究基礎上。Genus 的高級研究經理、 《CRISPR 雜志》論文的第一作者 Brian Burger 博士告訴GEN：“我們從大學研究中獲得了一些證據，表明我們可以編輯單個宿主基因來賦予抗性。” “挑戰是：如何從概念驗證工作轉向商業育種計劃？” 這似乎是利用 CRISPR 技術治療動物疾病的絕佳機會。

CRISPR 的效率也使其非常適合編輯動物。在不引入危險的脫靶效應的情況下找到基因的正確編輯需要大量的試驗和錯誤。“從倫理和道義上講，我們設計整個過程非常重要，這樣我們就可以消除不必要的動物生產，”賴斯告訴GEN。 

從農場到餐桌？

為了編輯基因組，Genus 科學家將 CRISPR-Cas9 編輯試劑注入豬受精卵的基因組中。他們的目標是在 CD163 中進行精確刪除，刪除編碼與病毒直接相互作用的結構域的單個外顯子。重要的是，編輯并沒有影響 CD163 在新群體中的功能。他們還對編輯后的動物進行了基因分型，以確保編輯在動物之間保持一致，不存在不可預見的脫靶效應，并且潛在的繁殖群體中有足夠的遺傳多樣性。經過基因組編輯的豬隨后被轉移到育種過程中，以建立抗藍耳病的豬群。伯格補充說，該論文還詳細介紹了該團隊如何優化其編輯試劑，以確保他們的工作能夠轉化為商業育種計劃。 

這項工作的影響可能是重大的。Genus 并不是唯一一家通過針對 CD163 來研究 PRRS 的公司。但 Genus 當然希望成為第一個將基因編輯豬推向市場的公司。它的目標是讓基因編輯豬通過 FDA 的監管程序。 

Rice 告訴GEN，該公司還在與其他國家的監管機構合作，尋求更廣泛的批準。“一切都很順利，但這只是一個漫長的過程，”她說。“FDA 正在付出巨大努力，為[牲畜]基因編輯創造更好的環境。我們在整個過程中一起學習。”

巴蘭古指出，“監管部門的批準至關重要”，并且“已經建立了與農業相關的農作物框架，特別是在美國，最近在歐盟，這奠定了基礎和優先地位。” 此外，“上周歐盟就在農業中使用新的基因組技術和植物育種技術進行投票所引起的熱情”使得這項研究的發表“非常及時且令人鼓舞”，他補充道。 

Van Eenennaam 對美國的審批程序持保留態度。“美國 FDA 是世界上唯一一家將‘故意’基因改變（包括單堿基對刪除）作為動物藥物進行監管，并要求‘新動物藥物’批準商業化的機構。對于小公司來說，這種昂貴的監管途徑基本上是行不通的，”她在一封電子郵件中告訴GEN。 

此外，“在這些豬獲得批準之前，它們都被認為是滯銷的新動物藥物，因此不能進入商業或食品供應，”她補充道。“這意味著論文中在開發和測試過程中產生的所有 435 頭編輯豬都需要被焚燒、堆肥或掩埋。這樣一項多年的努力需要非常雄厚的資金。” 獲得批準的道路可能會相當漫長。她以基因工程 AquAdvantage 鮭魚所需的多年批準時間表為例，說明了該過程可能需要多長時間。

但監管部門的批準只是第一個障礙。屬科學家希望他們的豬能夠在畜牧業中廣泛傳播，以阻止藍耳病造成的損失。培育抗藍耳病仔豬需要兩個經過基因編輯的父母。Genus 計劃將經過基因編輯的雄性精液等分出售給育種者，育種者可以用它來開始育種計劃，最終在幾代后生產出具有 PRRS 抗性的豬。 

如果一切順利，公眾可能會面臨吃基因編輯動物豬肉的選擇。從歷史上看，圍繞轉基因食品的生產和消費的討論一直非常兩極分化。但考慮到基因編輯的核心原因，公眾對此案的反應可能不符合歷史趨勢。Genus 進行的早期消費者研究表明，當有充分的理由進行基因改造時，消費者對 CRISPR 編輯的食品更加開放。賴斯說，考慮到藍耳病對畜牧業的影響，這有明顯的好處。 

Genus 的總部位于英國，但其業務部門位于美國。除了豬之外，Genus 還擁有一個牛部門，專注于利用遺傳學來提高牛肉和乳制品產量。Genus 的 PIC 部門總部位于田納西州亨德森維爾，專注于生豬和豬肉生產，而其牛部門總部位于威斯康星州麥迪遜。