基因编辑技术在食品工业的应用研究进展 

摘 要：随着基因编辑技术的飞速发展，其在食品工业中的应用日益广泛，为食品的安全生产、营养改良和品质提升提供了新的技术手段。本文通过介绍基因编辑技术的原理，分析其在食品工业中的应用现状，探讨基因编辑技术在食品工业的应用中面临的伦理、法规和消费者接受度等方面的挑战，并提出相应的解决对策，以期推动基因编辑技术的进步，为食品工业的可持续发展提供新的思路。

关键词：基因编辑技术；食品工业；应用研究；CRISPR-Cas9

Advances in the Application of Gene Editing Technology in the Food Industry

WANG Huibao， CHOU Boqian， LYU Shijin， WANG Yalan， WEI Junqi， ZHANG Tao*

（Colloge of Environment Engineering， Gansu Forestry Voctech University， Tianshui 741020， China）

Abstract： With the rapid development of gene editing technology， its application in the food industry is becoming increasingly widespread， providing new technological means for the safe production， nutritional improvement， and quality enhancement of food. This article introduces the principle of gene editing technology and analyzes its current application status in the food industry， explores the ethical， regulatory， and consumer acceptance challenges faced by gene editing technology in the food industry， and proposes corresponding solutions， in order to promote the advancement of gene editing technology and provide new ideas for the sustainable development of the food industry.

Keywords： gene editing technology; food industry; application research; CRISPR-Cas9

基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas9系统的发现，为生物科学领域带来了革命性的变化。这种技术使科学家能够以较高的精确度对基因组进行编辑，包括添加、删除或替换特定的基因序列。在食品工业中，基因编辑技术的应用前景广阔，它可以用于改良作物品种，提高食品的营养价值和安全性，以及开发新的食品原料和添加剂。基于此，本文将综述基因编辑技术在食品工业中的应用研究进展，并探讨其在食品生产和加工中的潜在影响。

1 基因编辑技术的原理

基因编辑技术是基于分子生物学原理发展起来的，它利用特定的核酸酶对目标基因进行精确切割和修改。CRISPR-Cas9系统是目前最常用的基因编辑工具之一。CRISPR代表“规律性成簇间隔短回文重复序列”，这是一种在细菌中发现的天然免疫机制。Cas9则是一种特殊的酶，具备切割DNA的能力[1]。研究人员通过设计特定的RNA序列，可以精确地引导Cas9酶到达基因组中特定的位点。通过这种机制，可以精确地修改基因序列，实现基因的敲除、插入或替换。

CRISPR-Cas9系统的组成主要包括以下几个部分。①Cas9酶。Cas9是一种核酸酶，它能够识别并切割特定的DNA序列。②导向RNA（gRNA）。导向RNA，也称为CRISPR RNA或crRNA，是一段单链RNA分子，它将Cas9酶引导到基因组中的正确位置，确保Cas9能精确地识别并切割目标DNA序列。③转录激活因子效应器核酸酶（tracrRNA）。在某些CRISPR-Cas9系统中，tracrRNA可以与gRNA结合，帮助gRNA正确折叠并引导Cas9酶。④目标DNA序列。目标DNA序列是基因组中需要被编辑的部分。在CRISPR-Cas9系统中，目标序列通常是一个特定的三核苷酸序列，称为原间隔序列临近基序（Protospacer Adjacent Motif，PAM），它紧邻着gRNA所识别的20个核苷酸序列。⑤修复机制。当DNA被Cas9酶切割后，细胞会启动自身的DNA修复机制，包括非同源末端连接（Non-Homologous End Joining，NHEJ）和同源定向修复（Homology Directed Repair，HDR）这两种主要的修复途径。⑥修复模板（在进行同源定向修复时使用）。修复模板是一段含有与目标DNA序列同源的DNA片段，它可以被引入细胞中，以提供修复所需的正确序列。这对于添加、删除或替换基因组中的特定基因序列至关重要。

2 基因编辑技术在食品工业中的应用现状

2.1 作物品种改良

基因编辑技术可以用于改良作物品种，以提高作物的抗病性、抗旱性、营养价值和产量。例如，LI等[2]通过敲除小麦中的特定基因，提高其对白粉病的抗性；LI等[3]运用基因编辑技术，将产量和品质性状精准地导入野生番茄，实现了野生番茄光敏性的改变和果实体积的增大。

2.2 食品原料的开发

基因编辑技术可以用于开发新的食品原料。例如，研究人员使用CRISPR-Cas9核酸酶系统在大豆中高效且特异性地整合或突变FAD2-2基因，使得油酸含量显著提高了65.58%[4]；MA等[5]通过CRISPR/Cas9介导的淀粉分支酶基因编辑，提高了玉米中的高直链淀粉和抗性淀粉含量。

2.3 食品级细菌上的技术研究

乳酸菌和双歧菌作为益生菌的代表，在确保人体健康及疾病防治方面发挥着关键作用。然而，对于它们调节人体和动物健康的机制尚不完全明确。先进的基因编辑技术有助于推动开发具有增强功能的新型基因编辑益生菌。近年来，CRISPR-Cas系统已经开发出针对乳酸菌和双歧菌的多种灵活且通用的基因编辑工具[6]。

2.4 食品安全的提高

基因组编辑技术通过敲除食品中的致敏基因表达，显著提升了食品的安全性。例如，研究团队运用CRISPR/Cas9基因组编辑技术，成功实现了对表达过敏原β-乳球蛋白的BLG基因的敲除，并在该基因位点上插入了人乳铁蛋白基因[7]。该研究不仅有效消除了人类对山羊奶的过敏反应，而且大幅提升了山羊奶的营养价值。

3 基因编辑技术在食品工业应用中面临的挑战

3.1 伦理问题

基因编辑技术，尤其是CRISPR-Cas9系统，为医学、农业和生物技术领域带来了革命性变革，但也引发了伦理问题。它可能会干扰生物多样性和自然进化，进而影响生态平衡。同时，这项技术存在健康风险，如非目标效应和新疾病的产生。此外，这项技术还可能加剧社会不平等，主要原因在于它的成本较高，可能只有经济条件较好的人群能承担。

3.2 法规问题

基因编辑技术在提高作物产量和营养、治疗遗传疾病方面展现出巨大潜力，但需遵守严格的法规。①安全性评估。基因编辑作物和产品在上市前需要经过严格的安全性评估，以确保其对人类健康和环境的影响是可接受的。②生物多样性保护。基因编辑技术可能对生态系统造成影响，因此需要遵循相关法规以保护生物多样性，防止基因编辑作物对自然生态的干扰。③产品标签透明度。许多国家和地区要求对基因编辑食品进行明确标示，以提高消费者对产品的知情权。④知识产权问题。基因编辑技术涉及复杂的知识产权问题，特别是在多个基因片段的编辑和重组过程中，可能导致知识产权归属不明确，引发法律纠纷。⑤跨境转移法规限制。基因编辑技术的产品在国际贸易中可能面临不同国家和地区的法规限制，可能导致贸易壁垒。

3.3 消费者接受度问题

基因编辑技术在食品工业中具有提升产量、营养价值和治疗遗传疾病的潜力，但需考虑消费者对基因编辑技术的接受度问题。当前，公众对基因编辑技术的风险问题有所担忧，尤其是生殖系基因编辑技术，存在很多安全性问题。这些风险问题会降低公众对基因编辑技术的接受度。提高接受度的关键在于需要对上市的含有遗传工程成分的食品进行标识。同时，相关人员需要广泛与消费者沟通，进行生物技术方面的科普宣传，以打消他们食用相关产品的顾虑。

4 解决对策

4.1 加强教育与宣传

①制订和实施全面的教育计划。可以在基础教育和高等教育中整合基因编辑相关的课程，同时为专业人士提供持续教育和专业培训，确保他们对最新的基因编辑技术有深入了解。②利用媒体和在线平台，定期举办公众讲座和研讨会，邀请领域专家向公众解释基因编辑技术的原理、应用和潜在影响。同时，开发在线教育资源和平台，提供互动式学习工具，使公众能够随时随地获取信息，以提高其知识水平。

4.2 制定法规或指南

制定明确的法规和指南对于规范基因编辑技术的应用至关重要。①对基因编辑作物和产品进行严格的安全性评估，以确保其对人类健康和环境的影响是可接受的。②通过加强国际合作与协调，可以减少贸易壁垒，促进基因编辑产品的全球流通，并确保不同国家和地区之间的法规一致性。③科学研究与伦理监管应在相互作用的过程中协同发展，确保应用基因编辑技术开展的研究在现有的伦理监管框架下进行。

4.3 提高消费者接受度

为了提高消费者对基因编辑食品的知情权，首先需要实施明确的标签制度，这是确保消费者能够轻松识别产品是否经过基因编辑技术处理的关键步骤。具体而言，基因编辑食品的包装上必须明确标识，使用易于理解的语言，避免技术性术语，以便消费者能够快速理解产品信息。此外，信息透明度也是提高消费者知情权的重要组成部分。产品包装上应提供产品的生产过程、基因编辑的具体目的以及潜在的健康和环境影响等详细信息。消费者还可以通过官方网站或扫描产品包装上的二维码来获取更深入的信息。

5 结语

基因编辑技术正引领食品工业的创新，它不仅能精确改良作物，提高其营养价值和适应性，还为开发新型食品原料提供了可能。这项技术还能改善食品添加剂，使食品更天然、健康，并延长保质期。尽管面临伦理和法规挑战，技术的进步和监管的完善预示着基因编辑将在食品生产中扮演更重要角色，促进资源高效利用，减少浪费，并满足市场对高品质、健康、可持续食品的需求。这标志着食品工业正朝着更高效、环保、消费者导向的方向发展，为全球食品供应链的可持续性提供支持。

参考文献

[1]DOUDNA J A，CHARPENTIER E.The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9[J].Science，2014，346（6213）：1258096.

[2]LI S，LIN D，ZHANG Y，et al.Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties[J].Nature，2022，602（7897）：455-460.

[3]LI T，YANG X，YU Y，et al.Domestication of wild tomato is accelerated by genome editing[J].Nature Biotechnology，2018，36（12）：1160-1163.

[4]AL AMIN N，AHMAD N，WU N，et al.CRISPR-Cas9 mediated targeted disruption of FAD2-2 microsomal omega-6 desaturase in soybean （Glycine max.L）[J].BMC Biotechnology，2019，19：1-10.

[5]MA M，SUN S，ZHU J，et al.Engineering high amylose and resistant starch in maize by CRISPR/Cas9-mediated editing of starch branching enzymes[J].The Crop Journal，2024，12（4）：1252-1258.

[6]陈少俊，李刚，奈子达，等.基因编辑益生菌在动物肠道健康上的研究及应用[J].中国畜牧兽医，2023，50（3）：1016-1024.

[7]周文君，郭日红，邓明田，等.RS-1提高CRISPR-Cas9系统介导的人乳铁蛋白基因敲入效率[J].生物工程学报，2017，33（8）：1224-1234.

基金项目：2023年甘肃省大学生创新训练计划项目“高产维生素C油菜培育”（20231283515）。

作者简介：王会宝（1989—），男，甘肃白银人，博士，副教授。研究方向：食品中抗生物及兽药检测。

通信作者：张涛（1989—），男，甘肃武威人，博士，副教授。研究方向：食品中细菌检测。E-mail： 243484808@qq.com。