CRISPR猪：精准猪基因编辑对抗PRRS病毒威胁

基于 CRISPR 的基因组编辑已成功应用于镰状细胞病，其他公司正在致力于开发基于 CRISPR 的疗法。这项技术应用到动物身上似乎是很自然的事情。现在，英国动物遗传学公司 Genus 的科学家团队在威斯康星州和田纳西州设有研究机构，开发出新一代 CRISPR 编辑猪，可以抵抗猪繁殖与呼吸综合征 (PRRS) 病毒，这种疾病已在几十年来对世界各地的猪群产生了广泛的影响。 

有关猪的具体编辑方式的详细信息发表在《CRISPR 杂志》上发表的一份新报告中，题为“使用 CRISPR-Cas 生成具有商业规模的猪繁殖和呼吸综合征病毒抗性猪群”。 

Genus 团队描述了一个规模化的基因编辑计划，该计划将“单个修饰的 CD163 等位基因引入四个遗传多样性的精英猪系中”。这项工作培育出健康的猪，“根据巨噬细胞和动物的挑战，可以抵抗蓝耳病病毒感染。” 经过编辑的猪“在受到 PRRSV 攻击时，肺部和淋巴结组织中没有感染或病毒复制的迹象。” Genus 团队相信，这可能是首次将 CRISPR 基因编辑整合到牲畜育种计划中，并可能完全消除猪的一种主要传染病。 

北卡罗来纳州立大学食品、生物加工和营养科学教授兼《CRISPR 杂志》主编 Rodolphe Barrangou 博士表示：“这是一项里程碑式的研究，展示了基于 CRISPR 的技术在商业牲畜育种方面的潜力。”。“基因组编辑可用于培育健康的抗蓝耳病猪，这些猪与亲本猪群无法区分，这一与商业相关的概念证明为将该方法应用于其他具有商业利益的疾病和性状奠定了基础。” 

“他们能够在几代之内培育出一批种公猪（每系 10-15 头）和后备母猪，作为基因编辑的核心猪群，利用经典育种实现最终的商业猪肉生产和销售，”Alison Van Eenennaam 说博士，加州大学戴维斯分校动物科学系动物基因组学和生物技术推广专家。“有更复杂的方法可以保证编辑的等位基因处于纯合状态，并且在产生的所有动物中不存在脱靶插入缺失，例如使用编辑的猪胚胎干细胞，但最终他们使用的方法完成了这项工作”。

Genus 首席科学官兼研发主管、该论文的合著者 Elena Rice 博士告诉 GEN，Genus 致力于改善牲畜遗传学，以确保农业生产中猪和牛的健康、强壮。“牲畜有很多疾病，其中有几种对农民来说确实是毁灭性的，”赖斯说。在最近出现非洲猪流感之前，蓝耳病感染一直位居榜首。 

黑暗的开端 

也称为蓝耳猪病，美国首例 PRRS 病例于 1987 年报道。虽然该病毒的确切起源尚不清楚，但其影响却非常清楚。目前，世界各地的养猪场都发现了这种疾病，每年导致 20% 的牲畜死亡。它的影响是环境、心理和个人的——更不用说对养猪业造成的经济破坏了。据估计，美国每年的损失超过 6 亿美元。 

赖斯表示，已经开发出多种疫苗来阻止蓝耳病的传播，但效果有限。正如论文中所解释的，PRRS 病毒“由于容易出错的病毒 RNA 依赖性 RNA 聚合酶和显着的基因重组率而具有很高的突变率”。  

通常在猪已经出现症状时注射疫苗，但那时往往为时已晚，无法挽救它们。即使猪在感染中幸存下来，它们的免疫系统通常也太弱，无法抵抗可能出现的肺炎等继发感染。只要几头被感染的猪就足以消灭整个猪群。迄今为止，培育抗蓝耳病猪群的尝试也没有取得很好的效果。

除了育种工作之外，学术界的科学家还研究了 PRRS 感染的遗传基础。事实证明，有几个基因与病毒感染有关，其中包括编码病毒进入受体的 CD163。在猪中，这种特殊的蛋白质在巨噬细胞和单核细胞的表面表达，并介导炎症等功能。 

Genus 的工作建立在对 CD163 作用的研究基础上。Genus 的高级研究经理、 《CRISPR 杂志》论文的第一作者 Brian Burger 博士告诉GEN：“我们从大学研究中获得了一些证据，表明我们可以编辑单个宿主基因来赋予抗性。” “挑战是：如何从概念验证工作转向商业育种计划？” 这似乎是利用 CRISPR 技术治疗动物疾病的绝佳机会。

CRISPR 的效率也使其非常适合编辑动物。在不引入危险的脱靶效应的情况下找到基因的正确编辑需要大量的试验和错误。“从伦理和道义上讲，我们设计整个过程非常重要，这样我们就可以消除不必要的动物生产，”赖斯告诉GEN。 

从农场到餐桌？

为了编辑基因组，Genus 科学家将 CRISPR-Cas9 编辑试剂注入猪受精卵的基因组中。他们的目标是在 CD163 中进行精确删除，删除编码与病毒直接相互作用的结构域的单个外显子。重要的是，编辑并没有影响 CD163 在新群体中的功能。他们还对编辑后的动物进行了基因分型，以确保编辑在动物之间保持一致，不存在不可预见的脱靶效应，并且潜在的繁殖群体中有足够的遗传多样性。经过基因组编辑的猪随后被转移到育种过程中，以建立抗蓝耳病的猪群。伯格补充说，该论文还详细介绍了该团队如何优化其编辑试剂，以确保他们的工作能够转化为商业育种计划。 

这项工作的影响可能是重大的。Genus 并不是唯一一家通过针对 CD163 来研究 PRRS 的公司。但 Genus 当然希望成为第一个将基因编辑猪推向市场的公司。它的目标是让基因编辑猪通过 FDA 的监管程序。 

Rice 告诉GEN，该公司还在与其他国家的监管机构合作，寻求更广泛的批准。“一切都很顺利，但这只是一个漫长的过程，”她说。“FDA 正在付出巨大努力，为[牲畜]基因编辑创造更好的环境。我们在整个过程中一起学习。”

巴兰古指出，“监管部门的批准至关重要”，并且“已经建立了与农业相关的农作物框架，特别是在美国，最近在欧盟，这奠定了基础和优先地位。” 此外，“上周欧盟就在农业中使用新的基因组技术和植物育种技术进行投票所引起的热情”使得这项研究的发表“非常及时且令人鼓舞”，他补充道。 

Van Eenennaam 对美国的审批程序持保留态度。“美国 FDA 是世界上唯一一家将‘故意’基因改变（包括单碱基对删除）作为动物药物进行监管，并要求‘新动物药物’批准商业化的机构。对于小公司来说，这种昂贵的监管途径基本上是行不通的，”她在一封电子邮件中告诉GEN。 

此外，“在这些猪获得批准之前，它们都被认为是滞销的新动物药物，因此不能进入商业或食品供应，”她补充道。“这意味着论文中在开发和测试过程中产生的所有 435 头编辑猪都需要被焚烧、堆肥或掩埋。这样一项多年的努力需要非常雄厚的资金。” 获得批准的道路可能会相当漫长。她以基因工程 AquAdvantage 鲑鱼所需的多年批准时间表为例，说明了该过程可能需要多长时间。

但监管部门的批准只是第一个障碍。属科学家希望他们的猪能够在畜牧业中广泛传播，以阻止蓝耳病造成的损失。培育抗蓝耳病仔猪需要两个经过基因编辑的父母。Genus 计划将经过基因编辑的雄性精液等分出售给育种者，育种者可以用它来开始育种计划，最终在几代后生产出具有 PRRS 抗性的猪。 

如果一切顺利，公众可能会面临吃基因编辑动物猪肉的选择。从历史上看，围绕转基因食品的生产和消费的讨论一直非常两极分化。但考虑到基因编辑的核心原因，公众对此案的反应可能不符合历史趋势。Genus 进行的早期消费者研究表明，当有充分的理由进行基因改造时，消费者对 CRISPR 编辑的食品更加开放。赖斯说，考虑到蓝耳病对畜牧业的影响，这有明显的好处。 

Genus 的总部位于英国，但其业务部门位于美国。除了猪之外，Genus 还拥有一个牛部门，专注于利用遗传学来提高牛肉和乳制品产量。Genus 的 PIC 部门总部位于田纳西州亨德森维尔，专注于生猪和猪肉生产，而其牛部门总部位于威斯康星州麦迪逊。