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議題背景：

• 基因編輯是什麼？跟基因改造有何不同？

兩者的共同點是都是利用基因工程的技術，讓基因表現或不要表現特定功能，但最大的差別是，基因編輯不一定需要引入外來的基因做基因重組。

基因編輯（gene editing）的技術，主要是改變細胞或生物體本身的基因，使基因產生不同的功能或表現不同的特性，也可使基因不要表現特定的功能。最有名的基因編輯工具就是CRISPR/Cas9，於2020年得到諾貝爾化學獎，能夠精準、快速、便宜的編輯基因。例如這篇研究編輯雞本身的基因，讓基因無法被禽流感病毒利用來複製病毒顆粒。

基因改造（gene modification），依台灣的「食品安全衛生管理法」中的定義，是指使用基因工程或分子生物技術，將遺傳物質（通常是外來的基因），轉移或轉殖入活細胞或生物體，產生基因重組現象，讓細胞或生物表現出外來基因的特性，或無法表現自身原本的特定基因特性。例如，根據郭瑋君在「英國提出基因技術（精準育種）法案」台灣專家意見中說明，基因改造的技術合核心是永久的放置「非植物」的基因片段於農作物體內，如抗病或抗蟲或抗農藥基因，可能來源是昆蟲或細菌。

專家怎麼說？

【鄭旭辰】

2023年10月20日
國立中興大學生命科學系助理教授 鄭旭辰

Q1：這份研究做了什麼？

這份研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，改造了雞的ANP32A基因。這個基因會被禽流感病毒利用來複製病毒，但ANP32A基因會產生讓雞細胞正常運作的蛋白質（例如參與調控細胞核與細胞質之間的物質運輸，及降解部分蛋白質），所以研究團隊初期先編輯而不是剔除ANP32A基因，希望維持細胞正常功能。

雖然ANP32A基因編輯的雞在低濃度的感染實驗中，9成沒有被禽流感病毒感染，顯示ANP32A基因編輯可以抑制禽流感病毒的複製，但在高濃度的感染實驗中，卻發生了突破性感染，究團隊推論應是禽流感病毒產生了適應性突變。

為了解決適應性突變的問題，研究團隊才進一步在雞胚胎中剔除ANP32A基因，卻發現突變後的禽流感病毒可以改為利用其他的ANP32家族基因，例如ANP32B及ANP32E基因，來進行複製。研究團隊必須在細胞內把ANP32A、ANP32B、ANP32E三個基因同時去除，才能完全抑制突變後的禽流感病毒的複製，但還有待研究這對雞細胞正常功能的影響。

Q2：此研究為什麼重要？

過去的基因改造動植物，採用導入外來基因（外源性基因）的方式，在生物安全上引發人們的疑慮。而目前使用CRISPR/Cas9的編輯策略，則是在不外加基因的基礎上，移除或編輯部分基因的功能，編輯基因後的動植物並沒有獲得額外的基因或功能，理論上來說並沒有增加未知的基因。這篇研究證實了藉由修改基因編輯動物中，病毒感染的目標基因，可以有效的抑制病毒傳染。然而研究也指出，對於能快速突變的病毒種類，這樣的防治策略不一定持久有效。

Q3：此研究有哪些推論和應用上的限制，是我們要謹慎看待的？
（例如，作者提到可能需要多次編輯特定基因，這對雞的影響為何？以及，還需要什麼樣的研究才能確保雞的健康不受基因編輯的影響？）

由於目前使用CRISPR/Cas9基因編輯技術產製動植物的效率，較以往的方法提高很多，所以不需要用外源性基因來標記和輔助篩選。特別是該團隊於2021年發表了可用人為誘發生殖細胞凋亡的基因編輯雞[1]，此可以讓基因編輯過的生殖幹細胞100%取代雞本身的生殖細胞，而雞的生殖細胞完全為外來基因，再產生後代。這個技術為後續產製基因編輯的雞，奠立了基礎。所以在這篇研究中可以迅速的產製新的基因編輯雞的品系，再交配產生帶有ANP32A編輯基因的後代（同型合子，也就是來自父方與母方遺傳的基因型相同）[註1]。甚至未來要產製多次編輯特定基因的個體也不會是太大的問題。除了可以快速產製基因編輯雞之外，也可用於保留家禽的基因多樣性。

「基因編輯」有別於傳統育種，傳統育種是在眾多不同性狀（遺傳特徵）的子代中，挑選特定性狀的個體，再藉由重複交配，產生同型合子，建立品系。雖然此傳統方式不能確定其中的基因組合變化，且所需的時間較長，但是在篩選過程中如果有不適合的基因組合或不健康的個體，馬上會被排除。

而藉由基因編輯，雖然可以知道所產生的品系被改變的基因為何，但是還未知和其他基因或系統間的交互作用，以及可能產生的附帶遺傳特徵。例如這篇研究，確實編輯了ANP32A基因，也在初期能達到抑制禽流感病毒的效果，但是病毒的快速突變，讓編輯ANP32A基因的效果打折。如果在養雞產業大量推廣ANP32A基因編輯雞，初期或許可以延遲禽流感的傳播，但是在目前高密度飼養蛋雞的狀況下，因為病毒突變而產生的突破性傳染會很快發生。

另外，如前面所述，在未知被編輯的基因和其他基因或系統間的交互作用，以及未知可能產生的附帶遺傳特徵的情況下，多次基因編輯可能產生的情況更複雜，需要系統生物學的輔助預測可能的反應。但是目前能相對準確預測生物反應的系統生物學，僅限制在癌症細胞株的藥物反應，已經是經過多年大量人力及經費挹注下累積的實驗成果而建立的科學資料庫。

系統生物學的程式在經過資料庫的訓練之後，才能進行藥物效果預測，資料庫越大，訓練成果越好。類似於前一段時間流行的ChatGPT，經過大量訓練後可以生成類似人類對話的人工智慧。目前對於雞等經濟動物的生理、遺傳等科學資料庫仍處於未開發階段，需要大家一起努力建立足夠的科學資料庫，不然基因編輯的成果會一直被質疑。

Q4：此研究可以如何幫助我們擬定讓雞隻對抗禽流感的策略？

這篇的研究除了證實ANP32A基因編輯可以抑制禽流感病毒的複製，也指出禽流感病毒快速變異的特質。類似於我們所遭遇COVID-19的情況，病毒株不斷快速變異的情況下，產製新一代疫苗是最快速且有效的因應方式。而用基因編輯產製雞的抗病品系所需的時間較長，但是可以從根本抑制病原的複製及傳染，所以對於變異較慢的病原可以長期且有效地產生保護力。

Q5：全球有許多研究團隊正在研究抵抗禽流感的方式（例如研發雞的疫苗、基因編輯雞隻等），但為什麼阻止禽流感這麼困難？

如上段所述，由於禽流感病毒，屬於快速變異病毒，每次發展出新的疫苗或防治方式，病毒就會再次變異，讓新的防治方式失效，所以防治困難。特別是弱化的病毒株，感染後雞的病徵不明顯，可能只是讓產蛋量下降，並不致死；雞農除非使用精密的抗體篩檢，不然也不會發現雞隻已經染病，更加造成防疫上的困難。

利益聲明（Declared interests）：本人曾經執行雞的基因編輯相關計畫，也仍在進行功能性基因編輯家禽的產製實驗。

註釋與參考文獻：

[註1] 同型合子：在遺傳學上，二倍體生物來自父方與母方的某基因，具有相同的基因型。例如，原本基因型為A/A，編輯後則為A /A*異型合子，與其他已編輯基因的種雞交配則會產生異型合子（A/A*）與兩種同型合子（A/A與A*/A*）。

[1] Ballantyne M, Woodcock M, Doddamani D, Hu T, Taylor L, Hawken RJ, McGrew MJ. Direct allele introgression into pure chicken breeds using Sire Dam Surrogate (SDS) mating. Nat Commun. 2021 Jan 28;12(1):659. doi: 10.1038/s41467-020-20812-x. PMID: 33510156; PMCID: PMC7844028.)