鸡通过基因组编辑下“金蛋”！

鸡通过基因组编辑下“金蛋”！

2018/01/31

通过基因组编辑创造的鸡她下了一个“金蛋”！过敏原很少的鸡蛋，含有药用成分的鸡蛋潜力巨大

我们希望利用创新技术生产可用于多种行业的“重组蛋白”。

 

近年来，被称为“基因组编辑”的基因操纵技术一直备受关注。与传统的基因改造技术不同，这是一项革命性的技术，可以进行精确的操作，例如逐个字符地重写或删除遗传信息，有望用于育种植物和动物。
2016 年，AIST 使用这项技术成功培育出了不含引起鸡蛋过敏的过敏原的鸡蛋的鸡。 2017年，他们创造了一种能下蛋的鸡，其蛋清含有癌症治疗药物的原料，向新的工业应用迈出了重要一步。

如果生产出不含过敏原的鸡蛋，加工食品就会更安全

　大石功大约 10 年前加入 AIST。在此之前，大石一直在美国从事发育生物学的基础研究，但加入AIST后，他想做的工作将来会走向产业化，因此他正在寻找能够利用他在发育生物学中培育的基因操纵技术造福社会的研究。

　当时，我从一家食品制造商那里听说“如果我们能够从鸡蛋中去除卵类粘蛋白，加工食品的安全性将显着提高。”卵类粘蛋白是鸡蛋中发现的几种引起过敏的物质之一。与其他过敏原不同，它具有高耐热性，即使加热也不会失去致敏性。许多儿童，尤其是发达国家的儿童，都患有食物过敏，在日本，超过16%的儿童在3岁时被诊断出食物过敏，其中约40%的儿童对鸡蛋过敏。毫无疑问，过敏是一个重大的社会问题，有些严重的病例甚至涉及生死攸关。

　“如果我们能够在没有卵类粘蛋白的情况下制造鸡蛋，我们将为食品安全做出贡献，市场也会有需求，因此我们开始饲养鸡。然而，在 2011 年左右，我们看到了实用基因组编辑技术的曙光，我们决定尝试在鸡身上使用这项技术。”

　当然，过敏是复杂的生物反应，仅仅消除卵类粘蛋白并不意味着所有鸡蛋过敏的儿童都可以吃鸡蛋。然而，大石认为，如果这项研究成功，它可以应用于食物过敏以外的各种情况。作为第一步，他决定尝试饲养鸡。

　鸡蛋的生产成本极低，每个鸡蛋3至5日元。如果能够以如此低廉的成本生产鸡蛋，通过基因组编辑赋予其多种功能，并用作药品原料等工业材料，它们可能会成为“金鸡蛋”，不仅可用作食品，还可用于广泛的人类健康。为了创造和饲养能够下金蛋的鸡，对鸡进行基因改造的研究已经开始。

世界上首次成功使用基因组编辑培育鸡

　鸡蛋含有大量蛋白质，使得在实验室水平上进行各种基因改造实验成为可能。而且鸡蛋单价低，经济负担小。自然地，下“金蛋”的鸡对每个人都有吸引力，世界上许多国家都在尝试对鸡进行基因改造和基因组编辑。大石最初的想法是创造一种缺乏卵类粘蛋白的鸡，但如果事实证明这是可能的，他设想了多种应用，例如生长更快的鸡和不易感染疾病的鸡。

　然而，现实中，通过基因组编辑育种鸡一直难以实现。事实上，像鸡这样的鸟类极难进行基因操纵。

　生物体的基因操作通常在生命之初进行。就小鼠而言，受精后立即使用单个细胞（受精卵），并使用极细的针将不同的基因注入其中。相比之下，受精后，鸡的卵细胞是一个非常小的卵细胞，位于大蛋黄表面的某处，很难在正确的时间找到它并对其进行操作。”

　而且，为了获得一个卵细胞，必须牺牲一只母鸡，这与尽量减少实验动物数量的政策不符。而且，在这个阶段，保护胚胎和卵细胞的蛋清还没有形成，因此基因工程卵细胞的培养非常困难。这与老鼠之类不同。

　于是我想到了一种对精子进行基因组编辑的方法。原始生殖细胞，即未来将成为精子的细胞，比卵细胞更容易处理，我认为可以对它们进行基因组编辑。''

　具体操作如下。首先，使用 Crisper-Cass9 方法从雄性鸡的早期胚胎中提取原始生殖细胞。^*1的基因组编辑技术删除产生卵类粘蛋白的基因。当转基因细胞被移植到其他雄性鸡的早期胚胎中并孵化时，许多长大的鸡（第0代）的精子中缺乏卵类粘蛋白基因。

　接下来，当这些不具有卵类粘蛋白基因的第0代雄性鸡与野生型雌性鸡杂交时，诞生了缺乏父系衍生的卵类粘蛋白基因的鸡（第一代）。当第一代雄性和雌性鸡繁殖时，第二代产生的鸡在父本和母本上都缺乏卵类粘蛋白基因。

　第二代鸡没有任何卵类粘蛋白基因，健康状况未见异常，生长情况与野生型相似。正如预期的那样，第二代母鸡所产的鸡蛋不含卵类粘蛋白。某个基因的缺失在自然界中也可能以突变的形式发生。迄今为止，育种都是通过选择偶然出现的具有优势特征的个体来进行，但这是世界上第一个利用基因组编辑育种鸡的成功例子。

　然而，到目前为止，一切并非一帆风顺。就鸡而言，每一代需要大约八个月的时间才能更替，因此一次失败可能意味着一年的时间白白度过。最终，花了近四年的时间才成功对原始生殖细胞进行基因组编辑。

　大约花了三年的时间才确认基因组编辑后的第二代产下的卵子中没有卵类粘蛋白。每个阶段都需要一年的时间才能确定研究方向是否正确，这对我来说是精神上的困难。但是，通过耐心工作和积累经验来确认可行的方向，我终于能够走到这一步。''

　未来，我们计划主要通过学术研究，与医生、制药商和食品制造商一起研究如何利用不含卵类粘蛋白的鸡蛋，并考虑未来的应用可能性。

成功开发含有药用成分的鸡蛋可能会导致新药物的诞生

　到目前为止，育种的重点是“失去”某些元素，但大石也一直致力于“添加”元素的研究。

　过去药物大多是化学合成的，但现在使用基因工程重组蛋白（称为生物制药）已成为新药开发的主流。用于治疗糖尿病的胰岛素和用于治疗癌症的抗体药物都使用具有治疗疾病能力的重组蛋白。多种其他重组蛋白也用于再生医学和疾病治疗研究。

　生物制药可以有效治疗疾病，但也存在重大挑战。它非常昂贵。其原因不仅是专利和知识产权因素，还包括制造方法的问题，即在培养基中培养转基因培养细胞并分泌蛋白质。这就需要一个巨大的工厂，建造工厂本身就需要花费巨额资金。而且，由于它是一个生命体，必须每天24小时进行温度控制等生产控制，因此管理成本也是巨大的。

　如果我们能更便宜地生产，我们就可以降低生物制药的价格，重组蛋白可以用来开发更广泛的药物。我们也相信，未来它们将能够应用于日常生活产品，如功能性口腔护理产品、护发产品、化妆品和补充剂。”

　在低成本制造方面，大石设想建立一个设施，饲养通过基因组编辑培育的鸡并大规模生产鸡蛋。已经有许多家禽工厂生产大量供人类食用的鸡蛋，因此如果有需要，应该可以运营生产药用鸡蛋的设施。

　例如，米乐m6官方网站（AIST）的研究已将含有药用成分的草莓进行基因改造，在植物工厂生产，并将其用作狗牙龈炎药物的原料，并将其付诸实践。同样，上好佳计划建造一座饲养改良鸡品种的设施，从而能够以低廉的价格大量获得药品和其他产品的有用成分。

　2017年，我们成功地通过基因组编辑培育出含有大量干扰素-β的鸡，该鸡蛋可用于疾病治疗和免疫学研究。这项基本技术的完成为重组蛋白（包括生物制药）的低成本生产铺平了道路。

　在与企业合作开发商业化研究试剂的过程中，我们已经开始看到大幅降低重组蛋白生产成本的可能性。未来，我们愿意倾听各家企业对重组蛋白的需求，并与他们合作建立低成本、利用鸡蛋的大规模生产技术。''

　研究开始7年后，一项将对产业产生重大影响的重要基础技术已经完成。然而，仍有许多事情需要做，例如开发制造比干扰素-β更大、更复杂的分子的技术，在更短的时间内有效获得有用成分的技术，以及在更短的时间内评估研究的技术。上好佳目前正在进行相关研究和开发。

　我的梦想是开发一种技术，每天生产一吨重组蛋白，并将重组蛋白的价格比目前的价格降低两三个数量级。并将这些蛋白用于人们从未想象过的应用。

　上好佳希望与拥有同样梦想的公司一起实现这个梦想。

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*1：Crisper Cass 9 方法。该技术可让您轻松且高概率地靶向想要操纵的 DNA 并修改所需的基因。当导入与目标区域的DNA部分相对应的引导RNA和切割酶Cath9时，Cath9在与目标附近的标志物接触时切割DNA，从而可以进行任意编辑，例如删除、替换和插入。[返回来源]