近日,欧洲最高法院发布的一项生物技术相关最新规定引起了行业关注。根据这项规定,欧盟将常规使用且具有长期安全记录的体外植物基因编辑技术排除在限制使用转基因生物的欧盟法律之外。这项决议的公布很大程度放宽了基因编辑在农业等领域的限制,将促使更多企业、科研等群体加大投入基因编辑赛道。而欧盟作为全球监管法规最严谨的国家/地区之一,对基因编辑相关政策的更新同时会为其他对该领域长期保守且限制的国家提供参考。
基因编辑是一种新兴、精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。该技术不仅帮助改善主要作物和经济作物,还可以恢复因环境压力而丢失或减少的本土品种,解决农作物和牲畜面临的病虫害压力,增强应对极端天气的能力,并通过更有效利用资源来减少对环境的影响。
该领域发展十分迅速,植物基因编辑目前已成功应用于水稻、玉米、小麦、大豆、番茄及蘑菇等的育种改良及植物基因功能研究。尽管全球受疫情影响,基因编辑作物商业化在部分国家进展缓慢,但全球范围依然保持相对稳定,有些地区考虑到粮食安全的问题甚至加快了商业化进程。
在本文中,小编将带领读者了解基因编辑全球范围的监管政策,以及拜耳、先正达等跨国公司在基因编辑领域布局的商业化合作和研究成果,并通过分析市场前景和效益,为探索基因编辑广阔的发展空间提供启发。
全球基因编辑的三种监管模式：宽松、谨慎和中立
基因编辑为应对全球对健康和营养食品需求迅速增长的综合挑战提供了重大机遇。对基因编辑实施监管旨在确定产品的安全性,各国通常会考虑转基因作物带来的机遇及与之相关的潜在风险,需要严格、负责任和可预测的监管环境来将基因编辑作物进行商业化,采用更相称和有利的监管方式将为国际研究合作、对内投资和技术出口开辟更多机会。全球对于基因编辑作物的安全性以及如何监管方面缺乏共识。分析各国如今的监管现状有助于探讨未来基因编辑产品在该国商业化的速度和空间。
目前各国对基因编辑的监管模式基本可分为三类：美国、巴西、阿根廷、巴拉圭、厄瓜多尔、哥伦比亚、以色列和智利都没有对这项技术进行任何监管。这些国家接受基因编辑技术,认为它等同于传统育种技术；包括加拿大、尼日利亚、俄罗斯联邦、日本、澳大利亚、印度、巴基斯坦、菲律宾和印度尼西亚在内的国家已经对基因编辑产品的个案评估设定有明确的规则和程序；而欧盟、中国(大陆)和英国则处于正在为使用基因编辑技术的生产制定新的监管框架进程中。
第一类监管模式是以美国和阿根廷为代表的宽松型监管模式,这种模式以产品监管为导向；
美国：美国政府对基因组编辑作物产品监管采取以最终产品为监管对象,遵循″个案分析原则″,由美国农业部(USDA)、环境保护署(EPA)和食品药品监督管理局(FDA)共同管理。目前USDA已对多种应用基因编辑技术培育的SDN-1和SDN-2类玉米、油菜、蘑菇和亚麻荠等产品豁免转基因生物监管。该国监管机构表示,由于基因编辑作物不含外来DNA (来自其他病毒或细菌的DNA),因此不需要像转基因作物那样进行严格的监管或测试。该国的监管方法因基于过程而不是基于产品或结果而受到批评(尽管原则上采用基于产品的方法)。美国过于关注与基因编辑方法相关的监管,而不是基于基因编辑植物带来的实际风险的方法。该类型的监管不适应新的基因编辑技术的风险,随着基因编辑技术的加速发展,该问题或许将会加剧。
加拿大、阿根廷、智利、巴西、哥伦比亚等国家采取比较相似的监管方式,以最终产品为监管对象,按照″个案分析原则″进行评价,由开发者确定其产品是否具有新属性,若产品涉及DNA重组和新性状则自动触发监管。
日本：基因编辑产品在日本受到轻度监管。根据具体情况进行评估,并需要通知政府,除非植物含有外来 DNA,否则不需要进行安全或环境评估。
新西兰：对基因编辑采取了预防措施。其高等法院裁定,规范基因工程的法律也涵盖基因编辑技术。
第二类监管模式是以欧盟大部分国家为代表的谨慎型模式,认为基因编辑作物与转基因作物实质等同；
欧盟：转基因生物立法不适合于由基因编辑或顺式遗传产生的植物。欧盟委员会对新法规的提案预计将在2023年中期出台,这可能会改变该地区完整的种子市场格局。欧盟基因编辑作物的监管框架将不可避免地面临国际贸易障碍的挑战,专利垄断挑战、市场混乱挑战、农业经济停滞挑战。这些挑战给欧盟带来了艰难的监管挑战,希望利用基因编辑技术的经济优势,同时确保人类健康和环境安全。近日欧洲最高法院表示,常规使用且具有长期安全记录的体外植物基因编辑技术被排除在限制使用转基因生物的欧盟法律之外。
英国：基因编辑目前在英国并未被禁止,但受严格监管。英国目前的监管框架侧重于开发新动植物品种所涉及的技术,而不是这些品种的特性和后果,英国脱欧提供了就基因编辑问题进行磋商的机会。英国于2021年启动了基因编辑咨询。英国环境、食品与农村事务处(DEFRA)咨询将用于修改 GMO的定义,并为基因编辑立法的政策制定提供信息。有46 种不同作物物种的基因编辑应用,其中水稻、烟草、番茄、玉米、小麦和大豆被引用最多正在开发范围非常广泛的具有面向市场特性的产品,不仅对于具有农艺特性(例如产量和抗病性)的产品,还包括具有面向消费者特性的食品。
非洲：基因编辑可为非洲国家解决范围广泛的问题(例如营养不良、作物歉收和饥饿)提供巨大机会。该技术目前受到严格监管,基因编辑作物很可能受到大多数国家转基因生物规则的约束。然而一些国家正在对基因编辑作物采取更灵活的立法。尼日利亚的立法者正在考虑对基因编辑进行修正,肯尼亚正在起草规范基因编辑产品的指南。
中国：我国对基因组编辑植物的监管主要依据是国务院于2001年5月9日颁布的《农业转基因生物安全管理条例》的第三条规定：″本条例所称的农业转基因生物,是指利用基因工程技术改变基因组构成,用于农业生产或者农产品加工的动植物、微生物及其产品″。凡是通过基因组编辑技术获得的农作物及其产品,均属于农业转基因生物,依法纳入农业转基因生物安全管理范畴。
第三类监管模式是以澳大利亚等为代表的折中型模式采用这种模式的国家,在基因编辑作物的监管过程中,根据经济和技术发展阶段来调整相应监管法规和技术措施：
澳大利亚：与上述国家不同,澳大利亚的相关规则采取了中间立场。在不引入新的遗传物质的情况下,澳大利亚政府不会管控在植物、动物以及人类细胞系使用基因编辑技术。在此之前,包括CRISPR-Cas9在内的基因编辑技术是被管控的,被要求在传统的GMO监管框架下进行,并需要得到澳大利亚基因技术监管办公室(OGTR)的批准。
韩国：韩国正在修订其现有法案以涵盖新兴生物技术产品,如基因编辑产品。2021年公布的修订草案中包括一个预审流程,将确定一些新兴生物技术产品是否需要进行全面风险评估或可免于评估。被选中的公司将利用基因组编辑技术开发农作物新品种。韩国大部分牲畜饲料源自生物技术培育的玉米和大豆。
过去基因编辑同转基因作物一样收到严格监管,近几年整体趋势较为缓和,拥有大量种子市场份额的国家,大多数已不再将基因编辑技术作为转基因生物进行监管。
此外,俄罗斯和乌克兰的冲突表明了粮食安全的重要性,大部分第三方世界国家放宽了对基因编辑的限制,意味着受农作物产量问题困扰的地区将获得基因编辑作物带来的优势,在未来解决全球人口增长和战争引发的粮食安全问题。然而,潜在的监管要求、贸易壁垒、环境和道德问题以及消费者和零售商的接受程度,仍可能减缓基因编辑作物和性状在某些国家的采用。主要农业生产国和进口国基因编辑监管政策的协调,仍将是技术成功商业化的最大挑战。
农业跨国企业开展商业化合作 小型专业公司争夺市场
全球范围内,包括动植物在内,已有500多种产品正在使用基因编辑技术进行开发,基因编辑已经在水稻、玉米、大豆、小麦和番茄等农作物中广泛应用并商业化,玉米、高油酸大豆、抗褐变马铃薯、高GABA番茄、抵抗褐变的蘑菇等基因编辑产品陆续在美国、日本等国家上市推广。以基因编辑全球领先的美国为例,宽松的监管环境和政策,有利于该国企业充分研发基因编辑产品,较早布局占据全球市场,并促进商业化进程。由于美国已不需要对基因编辑作物进行监管,因此研发公司可节省大量时间与财力。随着该领域的竞争日趋激烈,大小企业间可能会达成越来越多的合作关系和许可协议,大学及其它公共研究机构也将进一步参与其中。
私营部门贡献了总产品开发的43%,其中5%的产品处于商业化前阶段,49%的产品处于高级研究阶段。在私营部门,基因编辑有两种类型的参与者：大型跨国种子公司和专注于基因编辑的小型公司。小型基因编辑公司面临着市场占有率有限、资金和技术资源较低、研发地点和种子储存设施有限等挑战,需要与第三方合作以将其产品商业化,由于与大型企业的竞争,他们的业务战略正在发生变化。整体来说,市场份额较大的公司,包括拜耳和科迪华,在基因编辑领域专注于收购、项目合作与自身研发相结合。市场份额较小的公司参与了并购活动,以继续其在特定领域的全球扩张。
目前在农业基因编辑领域最活跃的公司是科迪华农业科技、Yield10 Bioscience、Benson Hill、Arcadia Biosciences、Calyxt和Inari Agriculture,大型跨国公司拜耳、先正达、巴斯夫、科迪华等均有通过收购或项目合作对该领域进行布局。新技术的加持下,植物基因编辑育种近年来受到了资本热捧,诞生了Pairwise、Inscripta、Tropic Biosciences等一大批明星企业。
大型农业跨国公司进行的收购和项目合作不完全统计如下：
拜耳：拜耳作物科学与Cellectis plant sciences(CPS)达成两项有关作物基因编辑的新协议。协议扩展了现有的合作关系,可以对特定作物基因和基因组引入靶向修改,首要目的就是使用CPS的新技术与拜耳共同开发油菜种子的商业性状,其次是利用拜耳相关技术,直接对作物基因组进行基因堆叠与变异等操作以改进作物表现。拜耳与Mammoth Biosciences将合作开发新型基因编辑技术。Pairwise和拜耳进行了为期5年、价值1亿美元的合作,利用基因编辑技术提高作物生产力和弹性。Pairwise已经成功地将基因编辑工具应用于15种不同的作物,合作还使用创新的基因编辑工具方法来改善农业,应用基因编辑工具引入新特性,使种植者以更少的资源实现更多产量,将有利于未来粮食系统。
先正达：美国基因组编译公司Precision BioSciences与先正达首次使用全合成基因组编译技术开发先进农业产品,研究人员发现通过ARCUS获得的核酸酶作用高效,这促进了Precision和先正达的合作扩展。先正达公司种子培育部门主管Dan Dyer指出,美国基因编辑作物从研发到商业种植可能仅需5年时间,先正达正致力于培育口味更好、保鲜期更长的番茄,希望在2025年前后发布首种基因编辑作物。
巴斯夫：巴斯夫利用基因编辑和其他生物技术工具来增强微生物的产量,通过发酵和生物催化生产产品。巴斯夫获得美国基因技术公司Precision BioSciences的非独家授权,获准使用核酸酶定点编辑技术。荷兰种子公司Enza Zaden和巴斯夫合作的蔬菜种子业务已就蔬菜的专利性状达成交叉许可协议。该协议将增强两家公司的创新能力,加快蔬菜种子新品种的开发。该协议规定了获得专利的保障,涵盖用于蔬菜育种和商业化的生物材料。
嘉吉：农业巨头嘉吉在研发基因编辑技术时格外谨慎。嘉吉与Precision BioSciences公司合作,共同研发更健康的芥花油。该公司食品安全、质量与监管部门副总裁表示,由于其它公司的基因编辑作物仍在等待监管部门的明确规定,有关储存和运输这些作物的协议目前进展缓慢。
科迪华：科迪华、陶氏杜邦农业事业部与国际水稻研究院(IRRI)联合发布框架性合作协议,双方将在未来数年内携手开展水稻研究,部署新型育种技术并展开项目协作。荷兰蔬菜种子育种商(Bejo)与科迪华、麻省理工学院(MIT)和哈佛大学旗下的博德研究所达成一项非独家的研究和商业许可协议,帮助Bejo利用基因编辑技术开发蔬菜作物。
杜邦先锋(现科迪华)：杜邦先锋2016年宣布了CRISPR编辑玉米的新品种。后期和立陶宛的新创公司CasZyme宣布达成多年的合作协议,鉴定并解析新型 CRISPR-Cas核酸酶,合作旨在为CRISPR 研究人员提供新的基因编辑工具。
孟山都(现拜耳)：孟山都宣布和生物技术ToolGen公司就CRISPR技术平台在农业领域的应用达成全球许可协议,该许可协议将使孟山都能够在植物上使用ToolGen的CRISPR知识产权。
孟山都、先正达和杜邦等种子开发巨头一手把持了上世纪90年代兴起的转基因技术。但面对一众创业公司和其他小型竞争对手的更广泛竞争,以及美国农业部(USDA)取消监管,抬升技术门槛的最大因素将不复存在,基因编辑作物的开发成本将大幅降低。像Calyxt、Cibus和Benson Hill Biosystems,已经在推进基因编辑项目,意图与农业巨头争夺这一潜在技术风口的主导地位。
基因编辑领域内一些拥有独立技术的″明星企业″同样频繁开展外部合作：
Inari：美国种子基因编辑公司Inari拥有多样化的基因基础,公司的SEEDesign? 平台旨在将每英亩玉米的产量提高 10%,同时将水和氮的使用量减少40%。其与Bioheuris的合作关系为棉花种植者带来最佳遗传学和性状、新的解决方案和更多样化的工具,将提供对低剂量使用的除草剂的抗性,对环境和人类更安全,是发展棉花产业的关键。
Bioheuris：阿根廷的农业生物技术初创公司,使用合成生物学和基因编辑技术来对抗杂草,Gensus是一家生产和销售经过认证的棉花种子的阿根廷公司。两家公司宣布建立合作伙伴关系,利用CRISPR基因编辑技术开发抗除草剂的作物。
Benson Hill：美国一家农业生物技术公司,致力于开发提高作物固有产量的性状,该公司CropOS?革命性作物设计平台将最先进的数据分析和生物学知识与云计算相结合。已正式启用农业基因编辑负责任使用框架,加入了其他食品系统领导者的行列,如嘉吉公司、Costco Wholesale、FMI-食品工业协会、百事公司,以及BIO、Corteva Agriscience、Genus PLC和Tropic Biosciences等农业领导者。
Calyxt：美国公司Calyxt计划开发十多种基因编辑作物,包括高纤维小麦、以及保鲜期更长的土豆等。Calyxt和Cibus宣布合并协议,创建行业领先的精准基因编辑和性状许可公司。Cibus获得Calyxt的基因编辑平台Rapid Trait Development System?重点在种子中开发新的生产性状,通过提高作物产量和减少杀菌剂、除草剂、杀虫剂和化肥等投入来解决农业可持续问题。合并后的公司还将利用基因编辑开发可持续低碳成分：可替代化石燃料成分和柴油燃料。
Evogene：以色列生命科学领域的生物技术公司Evogene宣布与巴西最大的大豆育种公司之一Tropical Melhoramento & Genética(TMG)合作,利用基因编辑技术共同开发非转基因抗线虫大豆。
NAPIGEN：美国基因编辑公司,专门改变细胞质基因组,例如线粒体和叶绿体DNA,以改善农业、工业生物技术和人类医疗保健,准备将其线粒体和叶绿体基因编辑技术推向农业应用,该公司已经验证了其在酵母线粒体和衣藻叶绿体中编辑专有细胞器基因组的方法,并将该方法进一步应用于小麦和水稻的杂交种子生产。
BetterSeeds：以色列最大的植物基因组编辑公司,首次成功对豇豆进行基因编辑。
基因编辑上研究重点按作物和性状更加多样化,约23%的产品是为蔬菜部分开发的,7%为水果,观赏植物、豆类、饲料和草类各占3%。例如,
蔬菜：GABA番茄已经在2021年由Sanatech种子公司在日本实现了商业化。2023年,Pairwise的基因编辑绿叶蔬菜系列Conscious? Foods,经过改良提高了健康零食的适口性、风味和色彩,预计通过零售渠道和餐馆进入美国市场。但55%的产品属于谷物和油籽类,两者仍在以作物开发的产品中占主导地位。
水果：2020年Elo Life Systems与世界三大香蕉供应商之一Dole公司合作,通过基因编辑技术开发抗黄叶病热带第4型(TR4)香蕉。巴西农业研究公司(Embrapa)旗下Embrapa Agroenergy部门开发了基因编辑甘蔗。大多数转基因水果的开发是为赋予害虫或病害抗性、或延迟成熟来提高农艺生产力。如今产品通过消除水果褐变或添加新的视觉特征来解决质量特征。一些经过改造的水果作物已退出市场,因为它们在商业上不可行或从未商业化。
综合以上企业在基因编辑的商业化合作和作物开发,基因编辑具备了两类效益：
环境效益：使用更少的土地和投入提高产量。例如西红柿可以培查出双倍的分枝数量,因此西红柿数量也会翻倍。还可以通过开发更耐磨损的马铃薯来减少浪费。因此基因编辑技术可以使用更少的资源,如土地、水和肥料,获得相同或更高的产量。增强作物对恶劣环境的抵抗力。气候变化将继续导致更极端的天气模式,例如洪水和千旱,对作物进行基因编辑使其适应气候变化。
经济效益：降低农民的成本,为消费者提供更便宜的食品。由于基因编辑可提高产量并保护农作物免受环境压力和病害的侵害,从而提高农业效率,同时降低了生产成本,这可能对消费者的食品成本产生连锁反应。转型后的政治经济学。许多第一代商业转基因作物是由大型农业综合企业开发的,这些公司投资实验室和温室并获得专利,因此他们能够主导市场。基因编辑可能为发展中国家提供机会,让他们无需从大型跨国公司购买品贵的种子即可种植农作物,还可以使初创企业与跨国农业综合企业共同竞争。
国家加强政策建设 基因编辑潜力巨大
过去几年,越来越多国家围绕基因编辑建立了新的监管制度。为避免在这场技术竞赛中落后于世界其它地区,目前全球已经超15个国家和地区制定了对农作物基因编辑开放的规则,包括中国、印度、阿根廷和澳大利亚等,但这些国家是将基因编辑作物和传统育种作物区分开的；相反许多国家,如美国、加拿大、巴西和日本,都没有将其区分开。自脱离欧盟以来,英国正在寻求放宽监管。印度今年早些时候宣布,某些基因编辑作物将不受转基因规定约束。从最上游的基因编辑关键技术上看,我国原创性技术和相关专利都远少于美国,现有基因编辑技术的核心专利基本为外国所有。目前政策层面国家已经非常重视,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确将基因与生物技术列为科技前沿领域攻关。
育种技术中,CRISPR短短五年多里已经展示了其巨大的科学和商业潜力。私营和公共部门都在广泛利用这一基因编辑系统来开发感兴趣的作物新性状。农业企业不仅通过基因编辑使作物多样化,还在开发各种生物胁迫耐受性和改良成分、植物产量和非生物胁迫耐受性的特性,同时使用基因编辑为生物能源作物开发性状,在生物能源领域发展合作伙伴关系。围绕数据科学、数字农业和基因编辑的创新和最近开发的技术,将在未来几年对种业产生实质性影响。