基因组编辑

气候变化和人口增长令农业和畜牧业在生产上面临重大挑战。提高未来粮食产量的其中一个方法，是开发能妥善运用有限资源繁育的动植物品种。为此，研究人员研发了一系列新的技术，对农作物和禽畜的遗传物质作特定修改以引入新的特性，或改变原来的一些特性。在这些技术中，基因组编辑的重要性日趋明显。

何谓基因组编辑?

基因组编辑是对目标生物基因组进行特定修改的一套技术。一般而言，进行基因组编辑有两个不可或缺的部分﹕核酸酶* (nuclease)和“导航器”(navigator)。在基因组编辑的过程中，“特制”的“导航器”能“识别”基因组相关位置，并引领核酸酶至目标DNA序列(见图)。在该特定位置，核酸酶会准确地切开DNA，之后细胞会自行修复。 

不过，DNA修复机制容易出错。在修复过程中，可能会出现原有基因序列加入或删除了一个或多个DNA构建单元的情况，以致目标基因不能运作(即基因失去功能)。在这过程中，科学家亦可以替换基因组某个DNA构建单元或原来的DNA片段，以改变目标蛋白的功能或特性。

*核酸酶是一种酵素，可发挥分子剪刀的作用，在基因组选定位置切开DNA。

图：基因组编辑过程示意图

基因组编辑与其他育种技术有何分别?

数世纪以来，人类透过各种育种方法改良农作物和禽畜的品种(见下表)。传统方法通常是以相关的物种进行杂交，选育具理想特性的动植物。此外，也可通过化学或辐射方式诱发基因突变(诱变)#，得出新的动植物品种。不过，采用上述方法，养殖人员不能准确知道基因组在哪一位置发生变化，故需进行筛选，以拣选具理想特性的物种。

 基因工程有别于传统繁殖方法，并非通过反复杂交及筛选具理想特性的动植物，而是直接从某生物取出基因，移植到另一生物内，过程快捷得多，而且可移植另一物种的基因，也能防止不理想的基因被引入目标生物内。

 在一般的基因改造过程中，基因只能随机插入基因组某位置，而基因组编辑技术则能对准目标基因进行特定的改造。在基因组指定位置进行哪种形式的改造，视乎如何运用基因组编辑技术而定。在一些情况下，基因组改造的程度可小至替换单一DNA构建单元。凭DNA序列难以区分这些特定的改造与自发性基因突变。此外，经基因组编辑的生物可能不含新的DNA。因此，一些以基因组编辑技术生产的食物，难与传统育种方法所产动植物制成的食物区别开来。

表：不同育种技术的特征

	杂交	诱变	通行的基因改造技术	基因组编辑
原理	透过相关物种杂交，把品种间的优良特性结合起来。	以化学物质或辐射诱发基因组突变。	以基因重组技术把某种生物的DNA加入别种生物内。	在基因组特定位置移除、加入或替换目标生物自身的DNA。
应用至今	数百年	超过80年	近30年	少于10年
基因组的改变	加入新的DNA(来自相关物种)。	在随机位置出现基因突变(例如DNA构建单元有所增减，或出现改变)。	加入新的DNA(通常来自不同物种的生物)。	基因组的特定位置发生改变，但通常没有加入新的DNA。

^# 在“诱变”过程中，生物的遗传物质发生变异，而这变异具遗传稳定性。这种突变可在自然界自发发生，或因生物暴露于诱变物质(例如辐射或化学物质)而出现。

基因组编辑技术的应用

相对于过往的育种方法，基因组编辑技术更易进行，需时更短，而且精准度更高。透过基因组编辑技术，农牧户可培育出更优良的品种，从而提升产量。举例来说，进行基因组编辑能使白蘑菇减少制造一种导致褐变的酵素，可把保质期延长。除防褐变蘑菇外，其他经基因组编辑的农作物(包括能耐病害的稻米、有益心脏健康的大豆和更易消化的粟米)也会陆续面世，预料日后将有更多这类食品推出市面。