这片最初出现在Ensia。

真正称得上“游戏规则改变者”的技术少之又少——但一种名为CRISPR-Cas9的新基因工程工具就是其中之一。

因为我们首先开发来改变植物或动物体内的遗传物质在20世纪70年代的能力，努力做到有需要几周，几个月甚至几年分子的修修补补。随着CRISPR（该技术的简写名），精确度和速度飙升。

“在过去，改变一个基因是一名学生的整个博士论文，”旧金山格莱斯顿研究院(Gladstone Institutes)的遗传学家布鲁斯·康克林(Bruce Conklin)说，最近告诉《纽约时报》。“CRISPR把这一切都搞定了。”

该工具也是非常灵活的，似乎工作在其已经试过几乎所有的生物和细胞类型。在吉尔·威尔东格的话威斯康星 - 麦迪逊大学的，“这真的打开了几乎一个已经测序，以进行编辑和设计的每一个生物体的基因组中。”

当涉及到农业和环境时，这既是它的希望，也是它的危险。CRISPR为各种潜在的食品生产改进打开了大门。但是对谁来说呢?农民?消费者?农业?可持续农业系统?工业化农业?谁来决定呢?

If we want to make sure this powerful technology promotes just and sustainable food, we’ll need to accompany its development with a policy framework that reflects the nuances of its biology and its diverse applications — and that responds to the concerns of people who are affected when technologies migrate from lab to land.

改变游戏规则的工具

CRISPR作为基因编辑工具具有复杂的起源故事，并在加利福尼亚州和马萨诸塞州的研究人员发动了其创新专利战，而最近的故事告诉在立陶宛维尔纽斯大学独立发现的。

For our purposes, I’ll focus on what happened at the University of California, Berkeley where in 2011, Jennifer Doudna, a biochemist and molecular biologist, and Emmanuelle Charpentier, a microbiologist now at the Max Planck Institute for Infection Biology in Germany, grew intrigued by the way many bacteria respond to viral invasions.

这些微生物，事实证明，有一种不可思议的能力：它们存储DNA从一种被称为CRISPR基因库的入侵的病毒。如果相同的病毒，都应该再次发作时，细菌可使用CRISPR调动称为Cas9酶切断了入侵者的相应的DNA。

2012年Doudna和他的同事意识到这将是至少在理论上是可能的，以适应CRISPR-Cas9复杂，所以它可以发挥作用不只是在微生物，但在其他生物体 - 从真菌到植物的人。并通过提供自己的“指南”，他们能有效地引导Cas9削减那些生物的DNA在他们希望的任何地点（见边栏所示：“如何CRISPR作品”)。

他们很快就成功地开发CRISPR的可编程版本。并在报告2014年科学论文，Doudna和夏邦杰勾勒其转型潜力的轮廓：“这些结果凸显了一个新的时代，基因操作不再是瓶颈实验铺平朝着生物学的基本发现的方式，应用生物技术的所有分支，以及作为人类治疗策略“。

这些不同的应用程序是由多种类型的编辑CRISPR能够成为可能。CRISPR可通过用所需的那些取代现有的DNA序列进行精确的突变。它可以通过剪断出来或通过不精确修复时敲除基因功能禁用整个基因。所述Cas9酶本身能够被操纵以增强或抑制基因表达 - 调控基因没有任何编辑，本身的有效方式。

CRISPR还可以用来引入新的遗传物质，为一项被称为“基因驱动”的新兴技术提供了巨大的推动力。Gene drives work by "selfishly" promoting the likelihood of their inheritance, accelerating the spread of a modified gene throughout an entire population (这是一张很棒的图表)。从20世纪40年代开始，基因驱动就被认为是一种可能对虫媒疾病提供前所未有的控制的技术，直到CRISPR出现，它才变得可行。

在2015年末，在加州大学欧文分校和加州大学的大学的生物学家，圣地亚哥报道第一个工作版本在实验室的蚊子。如果释放到野外，这样的CRISPR编辑昆虫可以提供一种方式来应对全球有害健康问题，包括疟疾，登革热，昏睡病，黄热病，西尼罗河病毒和莱姆病。作物病虫害，可以在基因驱动器的十字线。

总之，将CRISPR从它的原生细菌转变成一种广泛应用的可编程工具不仅仅是一个技术上的成功。杜德纳在接受《纽约时报》采访时表示，就在这个时候，“这个项目从‘这很酷，这很不靠劲’变成了‘哇，这可能是革命性的’。”

CRISPR在农场

很少有人会反对在受控的实验室环境中使用CRISPR在t细胞系中诱发癌症，用于药物开发、建立更好的小鼠模型、研究植物细胞内抵抗细菌或真菌入侵时的情况。

但是，纯科学不能顺利地从现实世界的应用运走。我们将如何处理与编辑生物的基因在生活环境的前景如何？

在农业领域，这不再是假设。

自2013示范如在基因组编辑工具拟南芥和烟草 - 两种广泛使用的实验室植物 - CRISPR已作物，包括小麦，大米，大豆，马铃薯，高粱，橘子和西红柿道路测试。截至2014年底，共研成的CRISPR农业用途洪水包含的应用领域，从提高作物抗虫害减少牲畜疾病的人数。

中国科学家，例如，报道创建小麦的菌株那就是白粉病，破坏性真菌病抗性。

杜邦公司与Doudna的公司，驯鹿生物科学，种植玉米和小麦品系合作抗旱编辑，与定于5到10年的市场前景和现场试验设置在春天2016年开始。

同时，第一个商用的“CRISPRed”作物已经出现：由CIBUS，一个总部位于圣地亚哥的公司创造了油菜。强奸已经被改变了抗除草剂，使农民喷洒他们与除草剂作物。据大自然在美国，该公司以非转基因的方式销售这种产品，因为只有植物现有基因的一小部分被改变了，而且“没有从另一种生物体中植入基因，甚至从另一种植物中也没有。”

在苏格兰的罗斯林研究所，一项独特的CRISPR实验正在猪身上进行。在撒哈拉以南的非洲和东欧，一种导致非洲猪瘟的出血性病毒席卷了猪群，摧毁了小型农场。然而，一些疣猪似乎基本不受这种疾病的影响，由生物技术专家布鲁斯·怀特洛(Bruce Whitelaw)领导的一个研究小组认为，一种名为RELA的基因可能是造成免疫力差异的原因，这种基因在野生猪和家养猪之间略有不同。利用CRISPR，研究人员最近调整了家养猪的基因，以获得精确的疣猪RELA序列。去年夏天开始进行试验，将转基因小猪暴露在病毒中，以测试它们是否真的具有免疫力。

报告表明，目的地为农业产业化编辑动物的整个稗是迅速填补研发管道。

Recombinetics，一个初创公司，由来自自然流畅，双头肉牛携带基因的点点无角的奶牛的头条新闻。该公司正在对巴西肉牛具有较大的肌肉（对于更多的肉，这可能是比较嫩），而其他公司正在开发的鸡，只有产生的雌性后代（产蛋）和肉牛，只有产生男性（更多有效的饲料到肉转化率）。

对于基因驱动器，而农业仍然在外围迄今为止，研究人员在哈佛大学的威斯研究所生物启发工程有概述令人兴奋的前景（PDF）。基因驱动器可以“铺平了道路走向可持续农业，”他们建议，通过反转昆虫抗药性和抗除草剂杂草。驱动系统还可以破坏或修改讨厌的植物病虫害和外来入侵物种的静噪人群，如老鼠和葛藤。

改进 - 有担忧

记者和科学家，他们主要采访时已经陷害CRISPR的农业用途如在常规育种和常规的基因工程相似的改进，因为它提供了精妙，速度和高度对结果的控制。

“这就像在这些动物的基因组中的查找替换功能，” Recombinetics的首席执行官Scott Fahrenkrug，告诉纽约时报。

“你可以改变甚至单一碱基对，或者你可以非常精确地删除基因”帕梅拉·罗纳德加利福尼亚大学的遗传学家戴维斯在《自然》杂志上解释道。

由此产生的动物和植物可能会产生更多的食物，而对水和土地等投入的压力更小。一个经过改良的农场系统可能会有更小的环境足迹，甚至是人道主义的好处，如果这意味着农民不必去牛角或扑杀他们的雄性公牛。

但也有人质疑精确育种的“精确性”。华盛顿州立大学可持续农业和自然资源中心的查尔斯·本布鲁克指出意想不到的效果当新基因被添加或现有的沉默。CRISPR还已知用于制造非预期的编辑，尽管这样的“脱靶效应”的频率正在下降。

即使增加了精度，也不能保证得到理想的结果。耐旱性等性状不仅与许多基因有关，而且还受到复杂的环境相互作用的影响:这些基因的功能在多大程度上取决于降水、热量、土壤的性质和深度等。此外，每个物种或作物的遗传背景也会影响基因的行为。

“因此，在很多情况下，”道格·格里安 - 谢尔曼，植物病理学家和可持续农业的主任在食物安全中心表示，“使用的特定基因只能在一定的遗传背景和环境中正常工作。”

如果我们想要为当地的生态系统设计农业，使之适合当地的土壤、气候和当地居民的耕作方式，编辑充其量只是部分解决方案。

一个单独的关注 - 与猪吸着鼻子周围的罗斯林研究所已经显现 - 是缺乏基因农业科技的总体可持续性和公正指令。必威体育2018

如自然恰当地指出，而怀特洛的养猪项目在很大程度上将受益贫困农民，这是“编辑研究罕见。”在家畜进行编辑的更常见的目标是要产生更高利润的牛，猪和羊 - 工业食品用其小，可持续的农民同时影响熟悉的服饰。其收益时，我们的梦想是什么CRISPR能做正在考虑？

不是那些复杂的生态系统，它出现。如上所述，CRISPR的研究渠道的农业应用中是那些将改变昆虫和杂草的生物 - 在某些情况下，编辑的基因克服杀虫剂和除草剂抗性。CRISPR辅助基因驱动技术可以通过在野生种群推动这种突变，创建修改整个植物或动物群体经过短短几年的潜力。

然而，这是一个关于可持续农业的奇怪设想，认为克服对农药的抗性是一种进步。

当世界卫生组织(World Health Organization)发现草甘膦是一种“可能的”致癌物，并与之相关时，我们真的应该让农民在他们的田地里喷洒更多的草甘膦吗崩溃黑脉金斑蝶的人群吗?利用基因驱动消灭野生生物，因为它们携带疾病或啃食作物，可能会产生严重的意想不到的后果，比如破坏食物网，助长其他物种的入侵。

当涉及到动物的工程，我们可以更好地认识饲料到肉的转换率的气体，减少温室效益。但是，这只是使事情不那么糟糕，而不是好不好？并且是按比例扩大畜牧业生产应在所有追逐什么样的社会，给予环境的和公共卫生集约化畜牧业的结果——更不用说了安装医学证据人们应该少吃肉？

考虑突变，考虑应用

随着大食疾速利用这个新工具的优势，围绕转基因生物的持续的问题在新的环境和新的复杂性中突然出现。我们将如何处理技术?我们应该如何监管它?CRISPR能促进共同利益的进步吗?

我要说“是” - 但要保证利益大于缺点，需要改变比任何高科技的突破更具革命性：对于商议，并提供风险，权衡和CRISPR工程的机会成本合理的社会监督的包容性的进程。这将取决于常人的参与 - 不仅仅是科学家或公司 - 在有关粮食系统的决定。

关键是做出正确的决定，首先是要明白，不是CRISPR的所有应用程序都是一样的 - 用于农业的可持续性或具有相同的含义。必威体育2018

像所有的育种和生物技术，基因组编辑将带来积极的和消极的后果，并应在全方位的社会和环境影响进行评估。我们的政策需要把CRISPR不是单一的技术，但作为一个工具箱满的技术，每个特定于突变，生物和生态系统的问题。

在纽约时报的一篇文章，例如，记者詹妮弗·卡恩一样许多其他的是谨慎地指出，一些公司正在使用CRISPR不使用来自其他物种的基因拼接打造的作物，“像番茄内的比目鱼的基因。”在这里，相对于其他基因工程的方法CRISPR的相对安全的公众形象具有重要的政策含义。比目鱼西红柿里面尖叫“转基因”，而没有引入外源基因的基因组编辑据说是非常不同的。

然而，尽管所有的注意力都集中在不引入外来基因的精确编辑上，重要的是要理解CRISPR是在那种修改娴熟的太。利用CRISPR技术，小麦、玉米、猪、香蕉——实际上是任何农业生物——都可以被改造成包含来自一系列捐赠者的基因序列:微生物、真菌或鱼类。“你可以很容易地使用CRISPR-Cas9编辑几乎任何带有你想要的供体DNA的基因组，”杜德纳实验室的博士后研究员蒋富国解释说。“这就是基因编辑的力量。”

同时，即使许多CRISPR编辑不涉及故意从其他生物的基因谈到了包括这一点。研究人员通常的方式在植物细胞内获得CRISPR技术的工作就是使用细菌害虫(根癌土壤杆菌)在基因Cas9代码班车。

作为结果，细菌DNA可以在植物基因组中卷起。即使根癌农杆菌没有使用,根据自然“的Cas9基因的片段本身可以并入植物的基因组中” - 它移动到生物体的敏感类别，其遗传材料含有的外源DNA。

当然，科学家们正迅速尝试围绕这一意外的外国引进进行创新，以强化CRISPR不应像常规基因改造那样受到监管的主张。正如英国农业实验站Rothamsted research的高级研究科学家休·琼斯(Huw Jones)所说，告诉大自然“如果欧洲在调节它的转基因生物同样的方式基因组编辑的有机体，它会在这里杀了技术之外的所有生物技术公司，在主要作物性状有利可图的工作。”

科学家们令人信服地辩称也是如此，周围的一些转基因生物关注的主要原因，包括转基因的随机整合是CRISPR报价路线 - 并导致意想不到的效果，如破坏的宿主代谢，或产生过敏或有毒的化合物。

这些观点确实有其可取之处，但他们也从科学家，他们的激情和事业在生物技术和分子编辑都押来了。我们需要审慎管理的一个更具包容性的过程，包括很多人，在许多环境中，谁就会被CRISPR的影响，就像我们需要的其他生物技术这样一个过程。例如，什么是生态学家说什么？不要土著人民想要什么？

明确“转基因”

对美国监管机构来说，大多数目前正在开发的生物——如Cibus公司的油菜、Recombinetics公司的无角牛和北美驯鹿生物科学公司的玉米和小麦——可能不会被视为基因改造。这是因为美国的政策是以产品为基础的，而且许多类型的CRISPR编辑，产品将不包括外来基因材料。

在的情况下的编辑介绍序列从接近作物野生近缘种，该产品甚至可能从传统的杂交育种的结果，基因区分开来 - 而且，研究人员说，甚至可以有资格作为有机。

但规则是在欧洲，其中术语“转基因”不是一个产品的可验证的特征，但在过程中，以创建它定义不同。只要基因工程的方法用于在生产过程中的某个地方，则标签将适用。

欧盟委员会还没有决定，但是，它将如何对待基因组编辑，包括CRISPR。也没有美国食品和药物管理局证实是否CRISPR动物将在未来进行调整。

如果说有什么不同的话，那就是CRISPR帮助我们认识到，转基因/非转基因的二进制数据过于简单了。这一工具可以执行许多DNA nips和tucks，并可以以非转基因的方式上调或下调基因——但绝不是无关紧要的。

我不得不强调，许多CRISPR编辑不会涉及任何关于外来DNA的问题，但其效果也同样引人注目。在作物和动物中，“基因敲除”可以消除影响食品质量的基因，从有价值的最终产品中转移能量，并导致对作物疾病的易感性。利用Cas9酶增强或抑制基因活性的强大功能，可以涉及到作物和牲畜代谢、抗性和产量的许多重要过程。

许多研究人员和企业都争先恐后地调用所有上述非转基因的。有些人最近走得更远，它们甚至说，GMO是一个“隐喻”，不映射到任何东西在现实世界中，因此，文化结构不能以任何有意义的方式进行调节。我认为，转基因生物达成一个单一的，全面的定义是难以捉摸的。但是，试图争辩说，没有边界绝望交织在一起的所有类型的遗传修饰和流程在一起，他们都是可以接受的。

我希望CRISPR报价反而是一个机会，更好地将全方位生物，文化和政治含义的进入我们的基因工程的讨论，并标注出了更严格的审查和控制某些事情 - 因为应该是这样的民主社会，而不是随心所欲的市场。

我们可以设想一些仿照IAASTD过程，其中2005年和2007年间收集的900名来自政府，科研机构，私营部门和民间社会以故意今天所面临CRISPR一样大的问题：“我们如何能减少饥饿和贫困，改善农村生活，促进公平，环保，经过一代社会和经济的可持续发展，获得和使用农业知识，科学和技术的？”

我们从IAASTD中学到了什么综合报告(PDF))，即世界各地的小农场主、渔民、牧民和土著社区不惧怕生物技术。但考虑到许多唾手可得的成果——比如生态农业- 为提高农业系统的生产力和灵活性。

而当有恐惧，它不是恶魔食品的味道，但忧虑，如方济各最近表示, that "following the introduction of these crops, productive land is concentrated in the hands of a few owners due to ‘the progressive disappearance of small producers, who, as a consequence of the loss of the exploited lands, are obliged to withdraw from direct production [Episcopal Commission for Pastoral Concerns in Argentina, 2005].’"

方济各接着说，其中最弱势的群体“成了临时劳工，许多农村工人最终搬到了贫困的城市地区”。这些作物的扩大破坏了复杂的生态系统网络，减少了生产的多样性，并影响到区域经济，现在和将来都是如此。”

30年前，我们不知道当时的新基因是什么，也不知道它可能会产生什么。在学者唐娜·哈拉威(Donna Haraway)所称的“上帝把戏”中，我们认为基因是科学掌握自然的关键，就好像在人类知识中没有背景，没有主体，没有缺陷。

分子科学莫名其妙许可我们对待基因，从生态学和机构独立。现在我们fathoming基因和环境，和生态系统其变动并不平滑或可预见的，但门槛效应和紧急性质的刷毛之间复杂的相互作用。我们来欣赏自然和文化的复杂系统的不可分离。

因此，CRISPR为我们提供了一个难得的机会，让我们摆脱上世纪80年代对转基因作物的定义，开始把农业和食品视为复杂的系统。它邀请我们更新生物技术治理，以包括来自更广泛的公众和科学领域的专业知识。我们不仅需要咨询遗传学家，还需要咨询生态学家。不仅是自然科学家，还有社会科学家。不仅仅是科学家，还有农民、消费者、种子生产者和整个食物链中的工人。

在这个过程中，作为记者布鲁克博雷尔令人信服地指出在美国，我们应该警惕利益冲突，仔细审查权力结构，考虑“谁被包括在工作中，谁被排斥或边缘化，无论是因为性别、种族或任何其他身份。”These factors matter because they shape who has access to the making of science, and who has influence over its aims.

我们将肩负起CRISPR挑战？在农业中的应用的早期发展表明，我们可能会错过这个难得的机会，前景可持续发展和公众讨论，而不是再固守工业现状。必威体育2018但是，如果我们现在提高我们的声音，早期的发展可能会迫使破坏性的，民主的思想来代替。

作者注:特别感谢蒋福国博士回答我的许多CRISPR问题。这篇文章中的任何错误都是我自己的错误，而不是那些我从他们的工作中学到东西的记者和研究人员的错误。