Dyllan Furness 是一位总部位于佛罗里达州的科学技术记者。他的作品曾刊载于《 Quartz》、《 OneZero》和 PBS 等刊物。本文最初刊载于 Undark。
1999 年 8 月，当德克萨斯州养牛户 Ralph Fisher 第一次看到世界上第一批克隆牛犊之一时，他并不在意科学家们怎么说：他知道这已经是他的老布拉曼公牛 Chance 重获新生。大约一年前，德克萨斯农工大学的兽医从 Chance 的一个痣中提取了 DNA，并利用样本制造了一个基因复制品。Chance 在见到自己的第二个“自己”之前就去世了，但当牛犊出生时，Fisher 确信它是同一只动物，于是给它取名 Second Chance。
科学家们曾警告 Fisher，克隆体与其说是“复印件”，不如说是“双胞胎”：它们可能在行为甚至外表上有所不同。但对 Fisher 来说，Second Chance 就是 Chance。不仅从一定距离看它们长得一模一样，连行为举止也一样。它们吃饭的样子很相似；在院子里也喜欢躺在同一个地方。但到了 2003 年，Second Chance 袭击了 Fisher，并试图用牛角顶他。大约 18 个月后，这头公牛像对待一个碍事的东西一样将 Fisher 抛向空中，并将他撞到篱笆上。尽管缝了 80 针，睾丸也撕裂了，Fisher 仍然不愿承认 Second Chance 与他温顺的同名者不同，他 告诉广播节目 “This American Life”：“我原谅他了，你知道吗？”
在 Second Chance 标志着基因工程里程碑的二十年里，牛在生物技术研究领域占据了前沿阵地。如今，世界各地的科学家们正在使用尖端技术，从 皮下生物传感器 到 特种食品补充剂，以提高 3850 亿美元的全球牛肉行业 的安全性和效率。除了提高利润，他们的努力还受到紧迫的气候危机（牛在其中扮演着重要角色）以及消费者日益增长的对牲畜福利的关注的驱动。
基因编辑是这些技术中最具革命性的一项。尽管基因编辑的牛尚未获得人类食用的批准，但研究人员表示，CRISPR-Cas9 等工具可以改进传统育种方法，培育出更健康、肉质更佳、对环境危害更小的牛。牛还被 注入人类免疫系统的基因，以产生抗体来对抗 COVID-19。（与此同时，猪和山羊等非牛类家畜的基因已被改造，以 培养可移植的人体器官，并在 乳汁中生产抗癌药物。）
但一些专家担心，生物技术牛可能永远无法走出牛棚。首先，存在形象问题：基因编辑因其在争议性研究和生物技术失误中的作用而常常引起媒体关注。CRISPR-Cas9 常因其改变生命蓝图的潜力而备受赞誉，但这种巨大的潜力在不法分子手中可能会变成一种负担，诱使监管机构收紧对该技术使用的限制。公众是否愿意购买基因编辑动物的牛肉也尚不清楚。因此，问题不仅在于技术是否能用于开发“超能力”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，畜牧业约占人类活动产生的温室气体排放量的 14.5%，其中牛约占三分之二。解决这一问题的一个简单方法是少吃肉。但预计随着全球人口和平均收入的增长，肉类消费将 继续增加。FAO 在 2012 年的一份 报告 预测，到 2050 年，肉类产量将增加 76%，牛肉消费量将以每年 1.2% 的速度增长。根据美国农业部的数据，预计美国将在 2021 年创下牛肉产量新高。
对加州大学戴维斯分校的动物遗传学家 Alison Van Eenennaam 来说，答案的一部分是培育更高效、消耗资源更少的牛。根据 Van Eenennaam 的说法，美国奶牛的数量从 20 世纪 40 年代的约 2500 万头 下降 到 2007 年的约 900 万头，而牛奶产量却增加了近 60%。Van Eenennaam 将这种生产力的提高归功于传统的选择性育种。
“你不需要成为一个火箭科学家，甚至不需要成为一个数学家，就能算出今天一杯牛奶的环境足迹或温室气体排放量，大约只有 20 世纪 40 年代一杯牛奶的三分之一，”她说。“任何能加速传统育种进程的事情，都会减少一杯牛奶或一磅牛肉的环境足迹。”
现代基因编辑工具可能会加速这一进程。通过精确切割 DNA，遗传学家可以插入或删除与特定性状相关的天然基因。一些专家坚称，基因编辑有潜力引发一场新的食品革命。
华盛顿州立大学的生殖生物学家 Jon Oatley 希望利用 CRISPR-Cas9 技术，对经过培育、能在开阔牧场上茁壮成长的强壮、抗病、耐热的公牛进行基因组微调。他表示，通过禁用一种名为 NANOS2 的基因，他的目标是“消除公牛自身产生精子的能力”，使其成为更具生产力的优良种公牛精子生产干细胞的载体。这些携带优良公牛精子的替代种公牛将被释放到通常基因隔离且难以进入的牧群中，然后优良基因将传递给它们的后代。
Oatley 表示，此外，替代种公牛还将使牧场主能够在无需将牛群聚集在一起进行人工授精的情况下引入期望的性状。他设想，基因编辑的公牛将在热带地区（如巴西）的牛群中发挥作用，巴西是 全球最大的牛肉出口国，拥有地球上约 15 亿头牛中的约 2 亿头。
巴西的牛群以 Nelore 牛为主，这是一种强健的品种，其胴体和肉质不如 Angus 等品种，但能耐受高温高湿。Oatley 说，将 Angus 公牛放在热带牧场上，“它可能在一个月内就会因环境而死亡”，而携带 Angus 精子的 Nelore 公牛则能轻松应对气候。
Oatley 表示，目标是将更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，并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更持久。
Oatley 已经在小鼠身上展示了他的技术，但在牲畜方面面临挑战。首先，禁用 NANOS2 并不能完全阻止替代种公牛产生一些自身的精子。而且，虽然 Oatley 已经证明他可以将精子生产细胞移植到替代种牲畜体内，但研究人员尚未发表证据表明这些替代种能产生足够高质量的精子来支持自然受精。卡尔加里大学的生殖生物学家 Ina Dobrinski，她曾参与开创大型动物生殖细胞移植的研究，她问道：“你需要多少细胞才能让这头公牛真正具有生育能力？”
但 Oatley 面临的最大挑战可能与生物工程牛行业中的其他人一样：克服监管限制和社会怀疑。根据美国食品药品监督管理局（FDA）的规定，替代种公牛将被归类为基因编辑动物，这意味着在它们的后代可以销售供人类食用之前，它们将面临严格的审批过程。但 Oatley 坚持认为，如果他的方法成功，精子本身不会被基因编辑，后代也不会。唯一被基因编辑的样本将是替代种公牛，它们充当优质精子传输的载体。
尽管如此，Dobrinski 说：“这是一个非常细节的区别，我不确定监管和消费者接受度会如何看待。”
事实上，当基因编辑是为了动物福利时，美国人的态度普遍是积极的。许多奶牛场主更喜欢无角牛——1500 磅的动物挥动牛角可能会造成伤害——所以他们经常通过 痛苦的过程，使用腐蚀性化学品和烫 irons 来去除牛角。在去年发表于《PLOS One》期刊的一项 研究 中，研究人员发现“大多数美国人愿意食用基因改造为无角的奶牛的产品。”
尽管如此，专家们表示，近年来牲畜和 人类 中一些备受瞩目的基因编辑失败可能导致消费者认为新技术是危险且难以驾驭的。
2014 年，一家名为 Recombinetics 的明尼苏达州初创公司（Van Eenennaam 的实验室曾与其合作）利用基因编辑工具 TALENs（CRISPR-Cas9 的前身）培育了一对杂交荷斯坦公牛，通过切割牛 DNA 并改变基因来阻止公牛长角。荷斯坦牛几乎总是携带长角基因，它们是高产的奶牛，因此通过传统育种引入低产品种的无角基因会损害荷斯坦牛的生产力。基因编辑提供了一种只引入 Recombinetics 所需基因的机会。他们的希望是利用这个实验来证明，这些公牛的雌性后代的牛奶在营养上与非编辑estock 的牛奶相当。这些结果可以为未来培育无角但生产力不减的荷斯坦牛提供指导。
实验似乎奏效了。2015 年，Buri 和 Spotigy 出生。在接下来的几年里，这项突破获得了广泛的媒体报道，当 Buri 的无角后代出现在 2019 年 4 月《Wired》杂志的 封面上 时，它被誉为畜牧业未来的代表。
但去年年初，FDA 的一位生物信息学家对 Buri 的基因组进行了一项测试，发现了一个意想不到的、不属于它的遗传密码片段。在编辑过程中，Recombinetics 使用的一种称为质粒的细菌 DNA 片段留了下来，携带与细菌抗生素耐药性相关的基因。在 FDA 公布 其研究结果后，媒体的反应迅速而激烈：《FDA 在基因编辑的牛身上发现惊喜：具有抗生素耐药性的非牛 DNA》，一家媒体报道。“部分牛，部分……细菌？”另一家媒体惊呼。
Recombinetics 此后一直坚称，残留的质粒 DNA 可能无害，并强调这种基因失误并不罕见。
Recombinetics 的子公司 Acceligen 的总裁兼首席执行官 Tad Sonstegard 说：“质粒是否存在风险？我想说没有风险。我们一直在食用质粒，我们的身体里充满了含有质粒的微生物。” Sonstegard 说，事后看来，他的团队唯一的错误就是一开始没有对质粒进行适当的筛选。
北卡罗来纳州立大学科学技术政策教授、基因工程与社会中心联合主任 Jennifer Kuzma 表示，虽然牛肉中存在抗生素耐药性质粒基因可能不会直接威胁消费者，但它确实增加了将抗生素耐药性基因引入人体消化系统微生态的潜在风险。尽管可能性不大，但肠道中的微生物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扩散，使得对抗细菌性疾病更加困难。
她说：“我想从中吸取的教训是，科学永远不是百分之百确定的，当你进行风险评估时，对你的技术产品保持谦虚是很重要的，因为你永远不知道以后会发现什么。” 以 Recombinetics 为例。“我认为研究人员并没有恶意，但有时对自己的技术过于乐观和热情，会在风险评估时让你戴上有色眼镜。”
FDA 最终澄清了其研究结果，并坚称该研究仅用于公布质粒的存在，而不表示细菌 DNA 一定有害。尽管如此，损害已经造成。由于这次失误，Recombinetics 在巴西建立实验牛群的 计划被搁浅。
FDA 研究的强烈反对暴露了该机构与牲畜生物技术公司之间根本的分歧。像 Van Eenennaam 这样的科学家（她于 2017 年获得了美国农业部 50 万美元的资助来研究 Buri 的后代）不同意 FDA 对基因编辑动物的严格监管方法。典型的转基因生物（GMOs）是 转基因的，这意味着它们拥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在传统育种的范围内进行操作，添加和删除物种内自然存在的性状。然而，FDA 兽医药物中心动物生物工程和细胞疗法部门主任 Heather Lombardi 指出，基因编辑尚未完全免于错误，有时预期的改变会导致意外的变异。因此，FDA 仍持谨慎态度。
Lombardi 说：“在使用基因组编辑技术方面，我認為还有很多未知的潜在后果。我们只是在试图了解它可能产生的任何影响，特别是对安全性的影响。”
马里兰大学动物科学家、农业技术初创公司 RenOVAte Biosciences 的总裁兼首席科学官 Bhanu Telugu 担心，生物技术公司会将 实验 转移到监管环境较宽松的国家。他认为，更紧迫的是，严格的监管要求漫长而昂贵的审批流程，可能会促使这些公司只关注最有利可图的性状，而不是对牲畜和社会最有益的性状，例如动物福利和环境。
他说：“目前，哪家公司愿意花 2000 万美元来缓解热应激？”
在一个刮着风的冬日午后，Raluca Mateescu 靠在佛罗里达大学牛肉教学单元的围栏柱上，一只布拉曼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，Mateescu 博士（该大学的动物遗传学家）一直是一个研究布拉曼牛和布兰格斯牛（布拉曼牛和 Angus 牛的混合）等品种在高温和高湿耐受性方面的团队成员。她的目标是识别有助于品种气候适应性的遗传标记，这些标记可能带来更精确的育种和基因编辑实践。
Mateescu 说，在美国南部，高温和高湿是一个主要问题。“这对动物造成了压力，因为它们经过筛选是为了高强度生产——生产牛奶或快速生长并产生大量肌肉和脂肪。”
与南美的 Nelore 牛一样，布拉曼牛非常适合热带和亚热带气候，但它们对高温高湿的高耐受性是以肉质低于其他品种为代价的。Mateescu 和她的团队已经检查了皮肤活检，发现相对较大的汗腺使布拉曼牛能更好地调节体温。在美国农业部国家食品及农业研究所的资助下，研究人员现在计划确定与热带条件耐受性相关的特定遗传标记。
她说：“如果我们选择那些在没有降温方法的情况下产奶量更高的动物，我们会遇到麻烦。”
除了基因编辑，生物技术还有其他途径可以帮助减少畜牧业的足迹。尽管 实验室培养的肉类 仍处于早期发展阶段，但未来它们可能会通过为消费者提供比传统养殖产品更实惠的选择，同时消除食用从尸体上收获的牛肉所带来的动物福利和环境问题，从而削弱当今的牛肉生产商。
其他生物技术技术则希望在不取代畜牧业的情况下对其进行改进。在瑞士，一家名为 Mootral 的初创公司正在 试验一种基于大蒜的食品补充剂，旨在改变牛的消化系统构成，减少甲烷排放量。《纽约时报》报道称，研究表明该产品可将肉牛的甲烷排放量减少约 20%。
Mootral 的所有者 Thomas Hafner 认为，为了遵守《巴黎气候协定》，随着政府要求其牲畜生产商减少甲烷排放，需求将会增长。“我们的假设是，长远来看，每头牛都将被要求使用甲烷减排剂，”他告诉《纽约时报》。
与此同时，新西兰的一家农场科学研究所 AgResearch 希望通过消除瘤胃中的产甲烷菌来从源头上控制甲烷产量。据 BBC 报道，AgResearch 团队正在 尝试开发一种疫苗，以改变牛肠道内的微生物组成。
Mateescu 说，基因组测试还可以让牛场主在小牛出生前就能看到它们携带哪些基因，从而使生产者能够做出更明智的育种决策，并选择最理想的性状，无论是耐热性、抗病性还是胴体重量。
尽管付出了所有这些努力，但仍有疑问，生物技术能否真正大幅减少畜牧业的排放量，或者能否在资源密集型生产中实现对圈养动物的人道待遇。对于许多行业批评者（包括环境和动物权利活动家）来说，以人类消费为目的饲养牲畜这一行为的本质，就侵蚀了可持续食品生产的崇高目标。这些批评者建议采用替代方案，例如无肉饮食来满足我们对蛋白质的需求，而不是对畜牧业进行改革。事实上，数据显示，许多年轻消费者已经在将植物性肉类纳入他们的饮食中。
然而，马里兰大学的 Telugu 认为，气候变化最终可能是畜牧业面临的最紧迫的问题（该大学获得了比尔及梅琳达·盖茨基金会的资助，以提高非洲牛的生产力和适应性）。他说：“我们无法通过育种来摆脱这一切。”
