基因编辑的牛可以使肉类更加可持续。但人们会吃它吗？

Dyllan Furness 是佛罗里达州的一名科技记者。他的作品曾出现在Quartz 、 OneZero和 PBS 等媒体上。本文最初发表于Undark。

1999 年 8 月，德克萨斯州牧场主拉尔夫·费舍尔 (Ralph Fisher) 亲眼目睹了世界上首批克隆牛犊之一，他不在乎科学家们怎么说：他知道这是他那头婆罗门牛 Chance 的重生。大约一年前，德克萨斯州农工大学的兽医从 Chance 的一只鼹鼠身上提取了 DNA，并利用该样本制造了一个基因复制体。Chance 没能活到见到第二个自己，但当这头牛犊出生时，费舍尔给它取名为 Second Chance，确信它是同一头牛。

科学家警告费舍尔，克隆人更像双胞胎，而不是复制品：两者的行为甚至长相可能都不同。但就费舍尔而言，第二次机会就是机会。它们不仅从一定距离看起来一模一样，行为方式也一样。它们以同样奇怪的方式进食；在院子里躺在同一个地方。但在 2003 年，第二次机会袭击了费舍尔，并试图用角刺伤他。大约 18 个月后，这头公牛把费舍尔像个麻烦鬼一样抛到空中，然后撞向栅栏。尽管缝了 80 针，阴囊撕裂，但费舍尔拒绝接受第二次机会与他温顺的同名公牛不同的想法，他在广播节目“美国生活”中说：“我原谅他了，你知道吗？”

自“第二次机会”标志着基因工程的里程碑以来的二十年里，牛在生物技术研究的前沿占据了一席之地。如今，世界各地的科学家正在使用尖端技术，从皮下生物传感器到专门的食品补充剂，努力提高价值 3850 亿美元的全球牛肉产业的安全性和效率。除了提高利润外，他们的努力还受到迫在眉睫的气候危机的推动，牛在其中发挥着重要作用，以及消费者对牲畜福利日益增长的关注。

基因编辑是这些技术中最具革命性的。尽管基因编辑的牛尚未获准供人类食用，但研究人员表示，CRISPR-Cas9 等工具可以让他们改进传统的育种方法，培育出更健康、肉质更丰富、对环境危害更小的牛。人们还给牛注入了来自人类免疫系统的基因，以产生抗体来对抗 COVID-19。（与此同时，猪和山羊等非牛类牲畜的基因已被改造，用于培育可移植的人体器官，并在其牛奶中产生抗癌药物。）

但一些专家担心，生物技术牛可能永远无法走出牛棚。首先，存在一个问题：基因编辑往往因其在有争议的研究和生物技术失误中所扮演的角色而成为头条新闻。CRISPR-Cas9 常常因其改变生命蓝图的潜力而受到赞誉，但这一巨大前景在流氓和无良研究人员手中可能会成为负担，从而诱使监管机构加强对该技术使用的限制。目前还不清楚公众对购买基因编辑动物的牛肉有多热切。因此，问题不仅在于该技术是否能用于开发超级牛，还在于消费者和监管机构是否会支持它。

牛是气候变化的催化剂。根据联合国粮食及农业组织 (FAO) 的数据，牲畜约占人类活动温室气体排放量的 14.5%，其中牛占约三分之二。解决这个问题的一个简单方法是少吃肉。但肉类消费量预计会随着全球人口和平均收入的增加而增加。粮农组织 2012 年的一份报告预测，到 2050 年，肉类产量将增加 76%，而牛肉消费量每年将增加 1.2%。据美国农业部称，预计 2021 年美国牛肉产量将创下历史新高。

对于加州大学戴维斯分校的动物遗传学家艾莉森·范·伊内纳姆来说，部分答案是培育出更高效、更依赖资源的牛。据范·伊内纳姆称，美国奶牛的数量从 20 世纪 40 年代的约 2500 万头减少到 2007 年的约 900 万头，而牛奶产量却增加了近 60%。范·伊内纳姆将这种生产力的提高归功于传统的选择性育种。

“你不需要是火箭科学家，甚至不需要是数学家，就能算出今天一杯牛奶对环境的影响或温室气体排放大约是 20 世纪 40 年代一杯牛奶的三分之一，”她说。“任何能加快传统养殖速度的措施都将减少一杯牛奶或一磅肉对环境的影响。”

现代基因编辑工具可能会加速这一进程。通过对 DNA 进行精确切割，遗传学家可以插入或删除与特定性状相关的自然基因。一些专家坚持认为，基因编辑有可能引发一场新的食品革命。

华盛顿州立大学生殖生物学家乔恩·奥特利 (Jon Oatley) 希望利用 CRISPR-Cas9 微调在野外饲养的坚韧、抗病和耐热公牛的遗传密码。他说，通过禁用一种名为 NANOS2 的基因，他的目标是“消除公牛制造自己精子的能力”，将接受者变成来自更高产的优质牲畜的精子干细胞的替代品。这些配备有来自优质公牛的精子的代孕公牛随后将被释放到通常基因孤立且难以获取的野外牛群中，然后将优质基因传递给它们的后代。

此外，奥特利说，代孕公牛可以让牧场主引入所需的特性，而不必将牛群集中到一个地方进行人工授精。他设想，基因编辑公牛将为巴西等热带地区的牛群服务。巴西是世界上最大的牛肉出口国，地球上约 15 亿头牛中有约 2 亿头来自巴西。

巴西的牛群以内洛尔牛为主，这是一种耐寒品种，胴体和肉质不如安格斯牛，但能耐受高温和高湿。奥特利说，把一头安格斯公牛放在热带牧场上，“它大概能活一个月，然后就会被环境压垮”，而携带安格斯精子的内洛尔公牛则不会在气候上有问题。

奥特利表示，他们的目标是将强壮公牛的基因引入这些效率较低的牛群，提高它们的生产力，减少它们对环境的总体影响。“我们的资源正在减少，”他说，需要新的创新策略来让这些有限的资源持续下去。

奥特利已经在老鼠身上展示了他的技术，但在牲畜身上却面临挑战。首先，禁用 NANOS2 并不能完全阻止代孕公牛产生一些自己的精子。尽管奥特利已经证明他可以将产生精子的细胞移植到代孕牲畜身上，但研究人员尚未发表证据表明代孕牲畜能产生足够优质的精子来支持自然受精。“你需要多少细胞才能让这头公牛真正生育？”卡尔加里大学生殖生物学家 Ina Dobrinski 问道，她曾帮助开创了大型动物生殖细胞移植的先河。

但奥特利面临的最大挑战可能与生物工程牛产业的其他人一样：克服监管限制和社会怀疑。代孕父系动物将被食品和药物管理局归类为基因编辑动物，这意味着它们的后代在出售供人类食用之前必须经过严格的审批程序。但奥特利坚持认为，如果他的方法成功，精子本身不会被基因编辑，由此产生的后代也不会被基因编辑。唯一经过基因编辑的样本将是代孕父系动物，它们就像精英精子在其中移动的容器。

即便如此，多布林斯基表示：“这是一个非常细微的差异，我不确定这将如何与监管机构和消费者接受度保持一致。”

事实上，当基因编辑有利于动物福利时，美国人对基因编辑的态度总体上是积极的。许多奶农更喜欢无角奶牛——1500 磅重的动物挥舞牛角会造成伤害——所以他们经常用腐蚀性化学物质和烫铁将牛角烧掉，这个过程很痛苦。在去年发表在《PLOS One》杂志上的一项研究中，研究人员发现“大多数美国人愿意食用经过基因改造的无角奶牛的食品。”

不过，专家表示，近年来牲畜和人类基因编辑失败的几起引人注目的事件可能会导致消费者认为新生物技术危险且难以操作。

2014 年，明尼苏达州的一家名为 Recombinetics 的初创公司（Van Eenennaam 的实验室曾与该公司合作）利用基因编辑工具 TALENs（CRISPR-Cas9 的前身）创造了一对杂交荷斯坦公牛，对牛 DNA 进行剪切并改变基因，以防止公牛长出角。荷斯坦牛几乎总是携带有角基因，是高产奶牛，因此使用传统育种从低产品种中引入无角基因可能会影响荷斯坦牛的生产力。基因编辑提供了一个只引入 Recombinetics 想要的基因的机会。他们希望利用这个实验证明公牛雌性后代产出的牛奶在营养上与未编辑牲畜产出的牛奶相同。这些结果可以为未来的研究提供参考，使荷斯坦牛无角但不降低生产力。

实验似乎奏效了。2015 年，布里和 Spotigy 诞生了。在接下来的几年里，这一突破得到了媒体的广泛报道，当布里的无角后代于 2019 年 4 月登上《连线》杂志封面时，它成为了畜牧业未来的象征。

但去年年初，FDA 的一名生物信息学家对布里的基因组进行了测试，发现了一小段不属于该基因的意外遗传密码。Recombinetics 公司用来编辑公牛基因组的细菌 DNA 痕迹（称为质粒）在编辑过程中残留下来，携带与细菌抗生素耐药性相关的基因。该机构公布其研究结果后，媒体迅速作出了激烈反应：“FDA 在基因编辑牛中发现了意外发现：抗生素耐药性、非牛 DNA”，一条标题写道。另一条标题写道：“部分是牛，部分是……细菌？”

Recombinetics 公司此后一直坚称剩余的质粒 DNA 可能是无害的，并强调这种基因失误并不罕见。

“质粒有风险吗？我认为没有风险，”Recombinetics 子公司 Acceligen 总裁兼首席执行官 Tad Sonstegard 说道。“我们一直都在吃质粒，我们体内充满了含有质粒的微生物。”事后看来，Sonstegard 说他的团队唯一的错误就是一开始没有正确筛选质粒。

北卡罗来纳州立大学科学技术政策教授兼遗传工程与社会中心联席主任詹妮弗·库兹玛 (Jennifer Kuzma) 表示，牛肉中存在抗生素抗性质粒基因可能不会对消费者构成直接威胁，但它确实增加了将抗生素抗性基因引入人类消化系统微生物群落的潜在风险。尽管可能性不大，但肠道中的生物体可能会将这些基因整合到自己的 DNA 中，从而导致抗生素耐药性激增，使抵抗细菌性疾病变得更加困难。

“我认为从中吸取的教训是，科学永远不是 100% 确定的，当你进行风险评估时，对你的技术产品保持谦逊是很重要的，因为你永远不知道将来会发现什么，”她说。以 Recombinetics 为例。“我不认为研究人员有任何恶意，但有时对你的技术过于乐观和热情会让你在风险评估时视而不见。”

FDA 最终澄清了其研究结果，坚称这项研究只是为了宣传质粒的存在，而不是暗示细菌 DNA 必然是危险的。尽管如此，损害已经造成。由于这一失误，Recombinetics 在巴西养殖实验菌群的计划被搁置。

对 FDA 研究的强烈反对暴露了该机构与牲畜生物技术专家之间的根本分歧。像范·埃内纳姆这样的科学家不同意 FDA 对基因编辑动物的严格监管方式，2017 年，范·埃内纳姆从农业部获得了 50 万美元的资助，用于研究布里的后代。典型的转基因生物是转基因的，这意味着它们有来自多个不同物种的基因，但现代基因编辑技术允许科学家大致停留在传统育种的范围内，添加和去除物种中自然出现的特征。尽管如此，基因编辑仍存在错误，有时有意的改变会导致意外的改变，FDA 兽医中心动物生物工程和细胞疗法部门主任 Heather Lombardi 指出。因此，FDA 仍然保持谨慎。

“我认为，在使用基因组编辑技术方面，仍有很多未知因素，”隆巴尔迪说。“我们只是试图了解其对安全的潜在影响（如果有的话）。”

马里兰大学动物科学家、农业技术初创公司 RenOVAte Biosciences 总裁兼首席科学官 Bhanu Telugu 担心生物技术公司会将他们的实验转移到监管环境较宽松的国家。也许更紧迫的是，他说，严格的监管需要漫长而昂贵的审批流程，这可能会激励这些公司只研究最有利可图的特性，而不是那些可能对牲畜和社会最有益的特性，例如动物福利和环境。

他问道：“现在哪家公司愿意花费 2000 万美元来缓解热应激？”

一个刮风的冬日午后，拉卢卡·马特斯库 (Raluca Mateescu) 靠在佛罗里达大学牛肉教学部的一根栅栏柱上，一头婆罗门小母牛好奇地嗅着空气，伸出舌头寻找看不见的食物。自 2017 年以来，作为该大学的动物遗传学家，马特斯库一直参与研究婆罗门牛和布兰格斯牛（婆罗门牛和安格斯牛的混种）等品种的耐热耐湿性。她的目标是确定有助于品种适应气候变化的基因标记，这些标记可能有助于更精准的育种和基因编辑实践。

马特斯库说，在南方，高温和潮湿是主要问题。“这给动物带来了压力，因为它们被选为高强度生产动物——产奶或快速生长，产生大量肌肉和脂肪。”

与南美洲的尼罗尔牛一样，婆罗门牛也非常适合热带和亚热带气候，但它们对高温和高湿度的高耐受性是以肉质低于其他品种为代价的。马特斯库和她的团队对皮肤活检进行了检查，发现相对较大的汗腺使婆罗门牛能够更好地调节体内温度。在美国农业部国家食品和农业研究所的资助下，研究人员现在计划确定与对热带条件的耐受性相关的特定基因标记。

她说：“如果我们选择那些生产能力更强、却没有办法降温的动物，我们就会遇到麻烦。”

除了基因编辑之外，生物技术还有其他途径可以帮助减少养牛业的碳足迹。尽管实验室培养的肉类仍处于发展初期，但有朝一日，它们可能会颠覆当今的牛肉生产商，为消费者提供传统养殖产品的廉价替代品，而且不会产生食用从胴体上收获的牛肉所带来的动物福利和环境问题。

其他生物技术希望在不取代牛肉产业的情况下改善它。在瑞士，一家名为 Mootral 的初创公司的科学家正在试验一种以大蒜为基础的食品补充剂，旨在改变牛的消化结构，以减少其排放的甲烷量。据《纽约时报》报道，研究表明，该产品可将肉牛的甲烷排放量减少约 20%。

为了遵守巴黎气候协议，Mootral 的老板托马斯·哈夫纳 (Thomas Hafner) 认为，随着各国政府要求畜牧业生产商减少甲烷排放，需求将会增加。“我们假设未来每头奶牛都将受到监管，使用甲烷减排剂，”他告诉《纽约时报》。

与此同时，新西兰农业科学研究机构 AgResearch 希望通过消灭产甲烷菌（一种被认为在反刍动物体内产生温室气体的微生物）来从源头上控制甲烷的产生。据 BBC 报道，AgResearch 团队正在尝试开发一种疫苗来改变牛肠道的微生物组成。

马特斯库表示，基因组检测还可以让养牛生产者了解小牛在出生前携带的基因，从而使生产者能够做出更明智的育种决策，选择最理想的特性，无论是耐热性、抗病性还是胴体重量。

尽管做出了所有这些努力，但人们仍对生物技术能否大幅减少该行业的排放量或为资源密集型运营中的圈养动物提供人道待遇存疑。对于包括环保人士和动物权利活动家在内的许多批评该行业的人士来说，饲养牲畜供人类食用的做法本身就侵蚀了可持续食品生产的崇高目标。这些批评者并没有改革该行业，而是建议采用无肉饮食等替代方案来满足我们对蛋白质的需求。事实上，数据表明，许多年轻消费者已经将植物肉纳入他们的膳食中。

但最终，气候变化可能是养牛业面临的最紧迫问题，马里兰大学的泰卢固表示，该校获得了比尔和梅林达·盖茨基金会的资助，用于提高非洲牛的生产力和适应性。“我们无法通过繁殖来解决这个问题，”他说。