基因性状作为最源头的靶点创新，在技术研发、新品种创制及行业突破中起到关键性作用。基因编辑技术是面向未来的关键技术之一，日前我国科学家在这一方向又建新功。

中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组研发出一系列新的碱基编辑系统，是具有我国自主知识产权的精准基因编辑技术。它们在医学和农业方面具有广泛的应用潜力，有望打破碱基编辑底层专利垄断，将帮助我国在未来的生物技术产业竞争中处于有利地位。相关研究成果27日在线发表于国际学术期刊《细胞》。

全球来看，美国、日本、印度、欧洲、南美等国家和地区对于基因编辑技术的监管已持开放态度，并且已有基因编辑产品上市。新型碱基编辑工具有何作用？我国农作物基因编辑企业有哪些？目前发展进展如何？


利用AI技术开发基因编辑新利器

蛋白质是生命活动的主要承担者，对蛋白质进行功能聚类，是理解其参与的生理过程、设计新型蛋白质等的重要手段。

高彩霞介绍：“现有的方法主要基于氨基酸一级序列的相似性对蛋白质进行聚类分析，并以此推断其功能和演化关系。然而，蛋白质功能由其三维空间结构所决定，开发基于三维结构的高通量蛋白质聚类方法，将为蛋白质功能研究提供更直接、可靠的手段，并推动未知蛋白质的功能挖掘。”

“现有的碱基编辑系统在蛋白质研究上有很多局限，而且底层专利由国外持有。”高彩霞说，“由于脱氨酶是碱基编辑系统的核心元件，因此，我们将研究聚焦于挖掘自主知识产权的新型脱氨酶，以开发适用于不同应用场景的新型碱基编辑工具。”

图1：基于AI辅助蛋白结构分类挖掘脱氨酶并开发具有新特性的碱基编辑系统。图源：小柯生命 冯丽妃

研究中，科研人员发现当蛋白集合的序列同源性较低且功能多样时，相比于传统的基于氨基酸一级序列的聚类方法，通过AI辅助的蛋白质结构聚类能够得到更准确的结果。因此，该方法能为蛋白质功能分析和挖掘提供一个高效、可靠的新策略。

研究人员基于进一步蛋白质结构聚类的结果，鉴定到全新的45个单链胞嘧啶脱氨酶（Sdd）和13个双链胞嘧啶脱氨酶（Ddd），开发了一系列新型碱基编辑系统，并在动、植物细胞中进行了测试。结果表明，这一新型碱基编辑系统具有更高的编辑活性和编辑效率，突破了现有脱氨酶的应用瓶颈，展现出新型碱基编辑系统在医学和农业方面广泛的应用前景。

有评论认为，研究组创新性地运用AI辅助的大规模蛋白结构预测，建立起全新的基于三级结构的高通量蛋白聚类方法，实现了脱氨酶功能结构的深入挖掘，鉴定到完全区别于已知脱氨工具酶的全新底盘元件，并开发了一系列具有我国自主知识产权的新型碱基编辑工具，为蛋白功能分析、新功能元件挖掘提供了全新策略。


美国首个基因编辑蔬菜已上市

3年前，美国农业部批准Pairwise公司基因编辑芥菜。近日，该公司在美国餐饮服务中正式推出一款蔬菜，这是美国首个使用 CRISPR 技术编辑的蔬菜。

这款蔬菜由紫色和绿色的芥菜叶片组成，产品名为“Purple Power Baby Greens Blend”。“大多数生菜不是很有营养，其他类型的蔬菜风味不佳。使用 CRISPR，我们已经能够改进绿色蔬菜的营养与口感，且只需要传统育种方法1/4的时间就能育成。”Pairwise首席商务官Haven Baker说。芥菜植物本身具有尖锐、热辣、刺鼻的味道，经基因编辑后，芥菜的辛辣味被去除，作为沙拉或主菜都很合适。

据悉，Pairwise公司由 CEOTom Adams、首席商务官Haven Baker以及3位科学联合创始人共同创立，包括基因编辑领域的领导人物、哈佛医学院病理学教授Keith Joung，哈佛大学-麻省理工学院博德研究所刘如谦，以及麻省理工学院教授张锋。该团队开发了一整套专有系统，并拥有该系统的基础知识产权。

2021 年 2 月，Pairwise在 B 轮融资中筹集了 9000 万美元；加上 A 轮融资，总融资额达到1.15 亿美元。除了绿叶蔬菜，Pairwise 目前正在其品牌 Conscious™ Foods 下开发无籽浆果、无核樱桃和其他产品。该公司的网站称，无籽黑莓应该“在未来几年内”出现在超市，而无核樱桃可能要到本世纪末才能实现。

Pairwise北卡罗来纳州和加利福尼亚州拥有超过 120000 平方英尺的实验室、温室和办公空间，已成功展示了 16 种作物的编辑，其中玉米、大豆和绿叶蔬菜新品种这3种基因编辑作物已经完成了田间试验。

2021 年，日本东京公司 Sanatech Seeds 在日本推出了一种经过基因编辑的番茄，其中含有大量的 γ-氨基丁酸，即GABA。去年，美国批准了基因编辑的牛用于肉类生产。明尼苏达州的 Acceligen 公司通过基因编辑让奶牛拥有短而光滑的被毛，具有这种特性的牛能够更好地承受高温。

根据知耕植物基因编辑育种企业信息库的统计情况，目前，国内外共有植物基因编辑育种企业共124家，其中国内共有50家，占比40.3% ，国外有Calyxt、Benson Hill、Pairwise等行业翘楚作为行业标杆，国内则有舜丰生物、清原农冠、隆平高科等企业走在前列。

同时基因编辑产品和性状市场竞争激烈。据调查，全球基因编辑作物产品超500种，这些产品处于从基础研究到高级研发和接近商业化等不同产品开发阶段。


我国农作物基因编辑企业有哪些？

▍舜丰生物

国内首家开展植物基因编辑产业化运作的企业，拥有基因编辑底层工具CRISPR Cas SF01和CRISPR Cas SF02

山东舜丰生物科技有限公司由朱健康院士团队领衔创建，是国内首家开展植物基因编辑产业化运作的企业，2023年4月，公司拿到了全国首个植物基因编辑安全证书。公司专注于基因编辑技术的开发及其在农业生物育种、基因检测医疗等领域的产业化应用。公司拥有基因编辑底层工具CRISPR Cas SF01和CRISPR Cas SF02，打破了国外对于基因编辑核心技术的垄断，并取得了一系列“卡脖子”技术的关键性突破。

舜丰生物搭建了国际一流的基因编辑工程化研发平台、诱变种质资源创新平台、生物育种中试熟化平台，布局多生态区综合田间试验平台；形成“基因编辑+”多技术融合的创新体系及“主粮+经济作物+高附加值特色作物”全系列产品矩阵；创制了“高产优质、绿色高效、加工专用、营养健康”四大管线的系统解决方案；形成了一众可市场化的超级新产品，带动作物育种进入精准调控时代。


▍齐禾生科

致力于基因编辑工具的源头创新并率先将其应用于农业育种

北京齐禾生科生物科技有限公司由基因编辑科学家高彩霞创办，致力于开发自主可控的新型基因组编辑技术。公司联合创始人兼首席技术官Kevin Zhao博士毕业于哈佛大学，博士生导师为碱基编辑、引导编辑发明人David Liu。2022年 3 月，公司完成天使轮融资逾亿元，是国内目前已公布的基因编辑企业种子轮融资的最大项目。

齐禾生科基因编辑技术不断迭代，1.0DNA靶向切割工具以独特的挖掘计算方法，已挖掘全新CRISPR-Cas系统，实现基因敲除；2.0碱基编辑技术已实现精准碱基替换，防脱靶稳定性显著；2.0+引导编辑工具则精准小范围进行DNA改造；3.0染色体编辑工具可精准、定向大片段基因插入工具开发，优化多组分模块显著提高编辑效率。

同时，其搭建的SEEDIT研发平台成果突出，已积累建立了30多个植物的原生质体或发根农杆菌转化为手段的瞬时活体编辑效率鉴定体系。