近日,歐洲最高法院發布的一項生物技術相關最新規定引起了行業關注。根據這項規定,歐盟將常規使用且具有長期安全記錄的體外植物基因編輯技術排除在限制使用轉基因生物的歐盟法律之外。這項決議的公布很大程度放寬了基因編輯在農業等領域的限制,將促使更多企業、科研等群體加大投入基因編輯賽道。而歐盟作為全球監管法規最嚴謹的國家/地區之一,對基因編輯相關政策的更新同時會為其他對該領域長期保守且限制的國家提供參考。

 

基因編輯是一種新興、精確的能對生物體基因組特定目標基因進行修飾的一種基因工程技術。該技術不僅幫助改善主要作物和經濟作物,還可以恢復因環境壓力而丟失或減少的本土品種,解決農作物和牲畜面臨的病蟲害壓力,增強應對極端天氣的能力,并通過更有效利用資源來減少對環境的影響。

 

該領域發展十分迅速,植物基因編輯目前已成功應用于水稻、玉米、小麥、大豆、番茄及蘑菇等的育種改良及植物基因功能研究。盡管全球受疫情影響,基因編輯作物商業化在部分國家進展緩慢,但全球范圍依然保持相對穩定,有些地區考慮到糧食安全的問題甚至加快了商業化進程。

 

在本文中,小編將帶領讀者了解基因編輯全球范圍的監管政策,以及拜耳、先正達等跨國公司在基因編輯領域布局的商業化合作和研究成果,并通過分析市場前景和效益,為探索基因編輯廣闊的發展空間提供啟發。

全球基因編輯的三種監管模式：寬松、謹慎和中立

 

基因編輯為應對全球對健康和營養食品需求迅速增長的綜合挑戰提供了重大機遇。對基因編輯實施監管旨在確定產品的安全性,各國通常會考慮轉基因作物帶來的機遇及與之相關的潛在風險,需要嚴格、負責任和可預測的監管環境來將基因編輯作物進行商業化,采用更相稱和有利的監管方式將為國際研究合作、對內投資和技術出口開辟更多機會。全球對于基因編輯作物的安全性以及如何監管方面缺乏共識。分析各國如今的監管現狀有助于探討未來基因編輯產品在該國商業化的速度和空間。

 

目前各國對基因編輯的監管模式基本可分為三類：美國、巴西、阿根廷、巴拉圭、厄瓜多爾、哥倫比亞、以色列和智利都沒有對這項技術進行任何監管。這些國家接受基因編輯技術,認為它等同于傳統育種技術；包括加拿大、尼日利亞、俄羅斯聯邦、日本、澳大利亞、印度、巴基斯坦、菲律賓和印度尼西亞在內的國家已經對基因編輯產品的個案評估設定有明確的規則和程序；而歐盟、中國(大陸)和英國則處于正在為使用基因編輯技術的生產制定新的監管框架進程中。

 

第一類監管模式是以美國和阿根廷為代表的寬松型監管模式,這種模式以產品監管為導向；

• 美國：美國政府對基因組編輯作物產品監管采取以最終產品為監管對象,遵循″個案分析原則″,由美國農業部(USDA)、環境保護署(EPA)和食品藥品監督管理局(FDA)共同管理。目前USDA已對多種應用基因編輯技術培育的SDN-1和SDN-2類玉米、油菜、蘑菇和亞麻薺等產品豁免轉基因生物監管。該國監管機構表示,由于基因編輯作物不含外來DNA (來自其他病毒或細菌的DNA),因此不需要像轉基因作物那樣進行嚴格的監管或測試。該國的監管方法因基于過程而不是基于產品或結果而受到批評(盡管原則上采用基于產品的方法)。美國過于關注與基因編輯方法相關的監管,而不是基于基因編輯植物帶來的實際風險的方法。該類型的監管不適應新的基因編輯技術的風險,隨著基因編輯技術的加速發展,該問題或許將會加劇。

• 加拿大、阿根廷、智利、巴西、哥倫比亞等國家采取比較相似的監管方式,以最終產品為監管對象,按照″個案分析原則″進行評價,由開發者確定其產品是否具有新屬性,若產品涉及DNA重組和新性狀則自動觸發監管。

 

• 日本：基因編輯產品在日本受到輕度監管。根據具體情況進行評估,并需要通知政府,除非植物含有外來 DNA,否則不需要進行安全或環境評估。

• 新西蘭：對基因編輯采取了預防措施。其高等法院裁定,規范基因工程的法律也涵蓋基因編輯技術。

 

第二類監管模式是以歐盟大部分國家為代表的謹慎型模式,認為基因編輯作物與轉基因作物實質等同；

 

• 歐盟：轉基因生物立法不適合于由基因編輯或順式遺傳產生的植物。歐盟委員會對新法規的提案預計將在2023年中期出臺,這可能會改變該地區完整的種子市場格局。歐盟基因編輯作物的監管框架將不可避免地面臨國際貿易障礙的挑戰,專利壟斷挑戰、市場混亂挑戰、農業經濟停滯挑戰。這些挑戰給歐盟帶來了艱難的監管挑戰,希望利用基因編輯技術的經濟優勢,同時確保人類健康和環境安全。近日歐洲最高法院表示,常規使用且具有長期安全記錄的體外植物基因編輯技術被排除在限制使用轉基因生物的歐盟法律之外。

 

• 英國：基因編輯目前在英國并未被禁止,但受嚴格監管。英國目前的監管框架側重于開發新動植物品種所涉及的技術,而不是這些品種的特性和后果,英國脫歐提供了就基因編輯問題進行磋商的機會。英國于2021年啟動了基因編輯咨詢。英國環境、食品與農村事務處(DEFRA)咨詢將用于修改 GMO的定義,并為基因編輯立法的政策制定提供信息。有46 種不同作物物種的基因編輯應用,其中水稻、煙草、番茄、玉米、小麥和大豆被引用最多正在開發范圍非常廣泛的具有面向市場特性的產品,不僅對于具有農藝特性(例如產量和抗病性)的產品,還包括具有面向消費者特性的食品。

 

• 非洲：基因編輯可為非洲國家解決范圍廣泛的問題(例如營養不良、作物歉收和饑餓)提供巨大機會。該技術目前受到嚴格監管,基因編輯作物很可能受到大多數國家轉基因生物規則的約束。然而一些國家正在對基因編輯作物采取更靈活的立法。尼日利亞的立法者正在考慮對基因編輯進行修正,肯尼亞正在起草規范基因編輯產品的指南。

 

• 中國：我國對基因組編輯植物的監管主要依據是國務院于2001年5月9日頒布的《農業轉基因生物安全管理條例》的第三條規定：″本條例所稱的農業轉基因生物,是指利用基因工程技術改變基因組構成,用于農業生產或者農產品加工的動植物、微生物及其產品″。凡是通過基因組編輯技術獲得的農作物及其產品,均屬于農業轉基因生物,依法納入農業轉基因生物安全管理范疇。

第三類監管模式是以澳大利亞等為代表的折中型模式采用這種模式的國家,在基因編輯作物的監管過程中,根據經濟和技術發展階段來調整相應監管法規和技術措施：

 

• 澳大利亞：與上述國家不同,澳大利亞的相關規則采取了中間立場。在不引入新的遺傳物質的情況下,澳大利亞政府不會管控在植物、動物以及人類細胞系使用基因編輯技術。在此之前,包括CRISPR-Cas9在內的基因編輯技術是被管控的,被要求在傳統的GMO監管框架下進行,并需要得到澳大利亞基因技術監管辦公室(OGTR)的批準。

 

• 韓國：韓國正在修訂其現有法案以涵蓋新興生物技術產品,如基因編輯產品。2021年公布的修訂草案中包括一個預審流程,將確定一些新興生物技術產品是否需要進行全面風險評估或可免于評估。被選中的公司將利用基因組編輯技術開發農作物新品種。韓國大部分牲畜飼料源自生物技術培育的玉米和大豆。

 

過去基因編輯同轉基因作物一樣收到嚴格監管,近幾年整體趨勢較為緩和,擁有大量種子市場份額的國家,大多數已不再將基因編輯技術作為轉基因生物進行監管。

 

此外,俄羅斯和烏克蘭的沖突表明了糧食安全的重要性,大部分第三方世界國家放寬了對基因編輯的限制,意味著受農作物產量問題困擾的地區將獲得基因編輯作物帶來的優勢,在未來解決全球人口增長和戰爭引發的糧食安全問題。然而,潛在的監管要求、貿易壁壘、環境和道德問題以及消費者和零售商的接受程度,仍可能減緩基因編輯作物和性狀在某些國家的采用。主要農業生產國和進口國基因編輯監管政策的協調,仍將是技術成功商業化的最大挑戰。

農業跨國企業開展商業化合作 小型專業公司爭奪市場

 

全球范圍內,包括動植物在內,已有500多種產品正在使用基因編輯技術進行開發,基因編輯已經在水稻、玉米、大豆、小麥和番茄等農作物中廣泛應用并商業化,玉米、高油酸大豆、抗褐變馬鈴薯、高GABA番茄、抵抗褐變的蘑菇等基因編輯產品陸續在美國、日本等國家上市推廣。以基因編輯全球領先的美國為例,寬松的監管環境和政策,有利于該國企業充分研發基因編輯產品,較早布局占據全球市場,并促進商業化進程。由于美國已不需要對基因編輯作物進行監管,因此研發公司可節省大量時間與財力。隨著該領域的競爭日趨激烈,大小企業間可能會達成越來越多的合作關系和許可協議,大學及其它公共研究機構也將進一步參與其中。

 

私營部門貢獻了總產品開發的43%,其中5%的產品處于商業化前階段,49%的產品處于高級研究階段。在私營部門,基因編輯有兩種類型的參與者：大型跨國種子公司和專注于基因編輯的小型公司。小型基因編輯公司面臨著市場占有率有限、資金和技術資源較低、研發地點和種子儲存設施有限等挑戰,需要與第三方合作以將其產品商業化,由于與大型企業的競爭,他們的業務戰略正在發生變化。整體來說,市場份額較大的公司,包括拜耳和科迪華,在基因編輯領域專注于收購、項目合作與自身研發相結合。市場份額較小的公司參與了并購活動,以繼續其在特定領域的全球擴張。

 

目前在農業基因編輯領域最活躍的公司是科迪華農業科技、Yield10 Bioscience、Benson Hill、Arcadia Biosciences、Calyxt和Inari Agriculture,大型跨國公司拜耳、先正達、巴斯夫、科迪華等均有通過收購或項目合作對該領域進行布局。新技術的加持下,植物基因編輯育種近年來受到了資本熱捧,誕生了Pairwise、Inscripta、Tropic Biosciences等一大批明星企業。

大型農業跨國公司進行的收購和項目合作不完全統計如下：

 

• 拜耳：拜耳作物科學與Cellectis plant sciences(CPS)達成兩項有關作物基因編輯的新協議。協議擴展了現有的合作關系,可以對特定作物基因和基因組引入靶向修改,首要目的就是使用CPS的新技術與拜耳共同開發油菜種子的商業性狀,其次是利用拜耳相關技術,直接對作物基因組進行基因堆疊與變異等操作以改進作物表現。拜耳與Mammoth Biosciences將合作開發新型基因編輯技術。Pairwise和拜耳進行了為期5年、價值1億美元的合作,利用基因編輯技術提高作物生產力和彈性。Pairwise已經成功地將基因編輯工具應用于15種不同的作物,合作還使用創新的基因編輯工具方法來改善農業,應用基因編輯工具引入新特性,使種植者以更少的資源實現更多產量,將有利于未來糧食系統。

  
  

• 先正達：美國基因組編譯公司Precision BioSciences與先正達首次使用全合成基因組編譯技術開發先進農業產品,研究人員發現通過ARCUS獲得的核酸酶作用高效,這促進了Precision和先正達的合作擴展。先正達公司種子培育部門主管Dan Dyer指出,美國基因編輯作物從研發到商業種植可能僅需5年時間,先正達正致力于培育口味更好、保鮮期更長的番茄,希望在2025年前后發布首種基因編輯作物。

 

• 巴斯夫：巴斯夫利用基因編輯和其他生物技術工具來增強微生物的產量,通過發酵和生物催化生產產品。巴斯夫獲得美國基因技術公司Precision BioSciences的非獨家授權,獲準使用核酸酶定點編輯技術。荷蘭種子公司Enza Zaden和巴斯夫合作的蔬菜種子業務已就蔬菜的專利性狀達成交叉許可協議。該協議將增強兩家公司的創新能力,加快蔬菜種子新品種的開發。該協議規定了獲得專利的保障,涵蓋用于蔬菜育種和商業化的生物材料。

 

• 嘉吉：農業巨頭嘉吉在研發基因編輯技術時格外謹慎。嘉吉與Precision BioSciences公司合作,共同研發更健康的芥花油。該公司食品安全、質量與監管部門副總裁表示,由于其它公司的基因編輯作物仍在等待監管部門的明確規定,有關儲存和運輸這些作物的協議目前進展緩慢。

 

• 科迪華：科迪華、陶氏杜邦農業事業部與國際水稻研究院(IRRI)聯合發布框架性合作協議,雙方將在未來數年內攜手開展水稻研究,部署新型育種技術并展開項目協作。荷蘭蔬菜種子育種商(Bejo)與科迪華、麻省理工學院(MIT)和哈佛大學旗下的博德研究所達成一項非獨家的研究和商業許可協議,幫助Bejo利用基因編輯技術開發蔬菜作物。

 

• 杜邦先鋒(現科迪華)：杜邦先鋒2016年宣布了CRISPR編輯玉米的新品種。后期和立陶宛的新創公司CasZyme宣布達成多年的合作協議,鑒定并解析新型 CRISPR-Cas核酸酶,合作旨在為CRISPR 研究人員提供新的基因編輯工具。

 

• 孟山都(現拜耳)：孟山都宣布和生物技術ToolGen公司就CRISPR技術平臺在農業領域的應用達成全球許可協議,該許可協議將使孟山都能夠在植物上使用ToolGen的CRISPR知識產權。

孟山都、先正達和杜邦等種子開發巨頭一手把持了上世紀90年代興起的轉基因技術。但面對一眾創業公司和其他小型競爭對手的更廣泛競爭,以及美國農業部(USDA)取消監管,抬升技術門檻的最大因素將不復存在,基因編輯作物的開發成本將大幅降低。像Calyxt、Cibus和Benson Hill Biosystems,已經在推進基因編輯項目,意圖與農業巨頭爭奪這一潛在技術風口的主導地位。

基因編輯領域內一些擁有獨立技術的″明星企業″同樣頻繁開展外部合作：

 

• Inari：美國種子基因編輯公司Inari擁有多樣化的基因基礎,公司的SEEDesign™ 平臺旨在將每英畝玉米的產量提高 10%,同時將水和氮的使用量減少40%。其與Bioheuris的合作關系為棉花種植者帶來最佳遺傳學和性狀、新的解決方案和更多樣化的工具,將提供對低劑量使用的除草劑的抗性,對環境和人類更安全,是發展棉花產業的關鍵。

 

• Bioheuris：阿根廷的農業生物技術初創公司,使用合成生物學和基因編輯技術來對抗雜草,Gensus是一家生產和銷售經過認證的棉花種子的阿根廷公司。兩家公司宣布建立合作伙伴關系,利用CRISPR基因編輯技術開發抗除草劑的作物。

 

• Benson Hill：美國一家農業生物技術公司,致力于開發提高作物固有產量的性狀,該公司CropOS™革命性作物設計平臺將最先進的數據分析和生物學知識與云計算相結合。已正式啟用農業基因編輯負責任使用框架,加入了其他食品系統領導者的行列,如嘉吉公司、Costco Wholesale、FMI-食品工業協會、百事公司,以及BIO、Corteva Agriscience、Genus PLC和Tropic Biosciences等農業領導者。

 

• Calyxt：美國公司Calyxt計劃開發十多種基因編輯作物,包括高纖維小麥、以及保鮮期更長的土豆等。Calyxt和Cibus宣布合并協議,創建行業領先的精準基因編輯和性狀許可公司。Cibus獲得Calyxt的基因編輯平臺Rapid Trait Development System™重點在種子中開發新的生產性狀,通過提高作物產量和減少殺菌劑、除草劑、殺蟲劑和化肥等投入來解決農業可持續問題。合并后的公司還將利用基因編輯開發可持續低碳成分：可替代化石燃料成分和柴油燃料。

 

• Evogene：以色列生命科學領域的生物技術公司Evogene宣布與巴西最大的大豆育種公司之一Tropical Melhoramento & Genética(TMG)合作,利用基因編輯技術共同開發非轉基因抗線蟲大豆。

 

• NAPIGEN：美國基因編輯公司,專門改變細胞質基因組,例如線粒體和葉綠體DNA,以改善農業、工業生物技術和人類醫療保健,準備將其線粒體和葉綠體基因編輯技術推向農業應用,該公司已經驗證了其在酵母線粒體和衣藻葉綠體中編輯專有細胞器基因組的方法,并將該方法進一步應用于小麥和水稻的雜交種子生產。

• BetterSeeds：以色列最大的植物基因組編輯公司,首次成功對豇豆進行基因編輯。

基因編輯上研究重點按作物和性狀更加多樣化,約23%的產品是為蔬菜部分開發的,7%為水果,觀賞植物、豆類、飼料和草類各占3%。例如,

 

蔬菜：GABA番茄已經在2021年由Sanatech種子公司在日本實現了商業化。2023年,Pairwise的基因編輯綠葉蔬菜系列Conscious™ Foods,經過改良提高了健康零食的適口性、風味和色彩,預計通過零售渠道和餐館進入美國市場。但55%的產品屬于谷物和油籽類,兩者仍在以作物開發的產品中占主導地位。

 

水果：2020年Elo Life Systems與世界三大香蕉供應商之一Dole公司合作,通過基因編輯技術開發抗黃葉病熱帶第4型(TR4)香蕉。巴西農業研究公司(Embrapa)旗下Embrapa Agroenergy部門開發了基因編輯甘蔗。大多數轉基因水果的開發是為賦予害蟲或病害抗性、或延遲成熟來提高農藝生產力。如今產品通過消除水果褐變或添加新的視覺特征來解決質量特征。一些經過改造的水果作物已退出市場,因為它們在商業上不可行或從未商業化。

 

綜合以上企業在基因編輯的商業化合作和作物開發,基因編輯具備了兩類效益：

 

環境效益：使用更少的土地和投入提高產量。例如西紅柿可以培查出雙倍的分枝數量,因此西紅柿數量也會翻倍。還可以通過開發更耐磨損的馬鈴薯來減少浪費。因此基因編輯技術可以使用更少的資源,如土地、水和肥料,獲得相同或更高的產量。增強作物對惡劣環境的抵抗力。氣候變化將繼續導致更極端的天氣模式,例如洪水和千旱,對作物進行基因編輯使其適應氣候變化。

 

經濟效益：降低農民的成本,為消費者提供更便宜的食品。由于基因編輯可提高產量并保護農作物免受環境壓力和病害的侵害,從而提高農業效率,同時降低了生產成本,這可能對消費者的食品成本產生連鎖反應。轉型后的政治經濟學。許多第一代商業轉基因作物是由大型農業綜合企業開發的,這些公司投資實驗室和溫室并獲得專利,因此他們能夠主導市場。基因編輯可能為發展中國家提供機會,讓他們無需從大型跨國公司購買品貴的種子即可種植農作物,還可以使初創企業與跨國農業綜合企業共同競爭。

國家加強政策建設 基因編輯潛力巨大

 

過去幾年,越來越多國家圍繞基因編輯建立了新的監管制度。為避免在這場技術競賽中落后于世界其它地區,目前全球已經超15個國家和地區制定了對農作物基因編輯開放的規則,包括中國、印度、阿根廷和澳大利亞等,但這些國家是將基因編輯作物和傳統育種作物區分開的；相反許多國家,如美國、加拿大、巴西和日本,都沒有將其區分開。自脫離歐盟以來,英國正在尋求放寬監管。印度今年早些時候宣布,某些基因編輯作物將不受轉基因規定約束。從最上游的基因編輯關鍵技術上看,我國原創性技術和相關專利都遠少于美國,現有基因編輯技術的核心專利基本為外國所有。目前政策層面國家已經非常重視,《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中明確將基因與生物技術列為科技前沿領域攻關。

 

育種技術中,CRISPR短短五年多里已經展示了其巨大的科學和商業潛力。私營和公共部門都在廣泛利用這一基因編輯系統來開發感興趣的作物新性狀。農業企業不僅通過基因編輯使作物多樣化,還在開發各種生物脅迫耐受性和改良成分、植物產量和非生物脅迫耐受性的特性,同時使用基因編輯為生物能源作物開發性狀,在生物能源領域發展合作伙伴關系。圍繞數據科學、數字農業和基因編輯的創新和最近開發的技術,將在未來幾年對種業產生實質性影響。