探讨猪在农业生产和生物医学领域的广泛应用，同时揭示基因工程技术发展中的挑战和未来前景。
导 读
本文将带您深入了解基因工程猪的多种用途。这些猪不仅可以作为有价值的育种材料，显著提高猪在农业生产中的性能和经济效益，还能够作为人类遗传性疾病的关键模型以及器官移植供体，为生物医学研究和人类疾病治疗提供重要支持。
图1 图文摘要
人对家猪（Sus scrofa domesticus）的驯化可以追溯至新石器时期。在数千年的历史进程中，生猪不仅被加工成餐桌上的美味佳肴，更在家庭宠物、宗教仪式等方面扮演了重要角色。近年来，基因编辑技术的进步显著提高了基因工程猪的制备效率，为加速生猪在农业和生物医学领域的应用开辟了更广阔的前景。
我国地方猪种普遍存在生长缓慢、瘦肉率低和饲料转化率低等缺点。传统养猪方式在实践中也面临诸多局限，例如饲养周期长、成本高，这进一步凸显了采用现代创新方法振兴养猪业的迫切性。为了应对全球日益增长的动物蛋白需求，基因工程技术的应用为该领域带来了全新的可能性。通过精准调控与猪重要经济性状相关的基因，有望显著提升猪种的生产性能。例如，研究人员借助高效的CRISPR/Cas9基因编辑技术，成功改造了地方品种猪的MSTN和IGF2基因，这些基因与肌肉发育密切相关，从而显著提高了瘦肉率和肉品质。此外，靶向编辑CD163基因，可以使猪获得对猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）的完全抗性，有效地减少了因传染性疾病所致的财产损失。
2020年，Galsafe猪获得了美国食品药品监督管理局用于人类食用的批准，可减少因猪细胞表面存在的α-1,3-半乳糖引发的过敏反应。这一批准为基因修饰技术在农业和食品生产中的应用提供了重要支持，从而释放了其在农业领域的巨大潜力。
目前，制约基因工程猪育种领域发展的关键问题之一是可编辑靶点的有限性。为此，我们建议未来的研究应着重于发掘更多功能性基因，特别是在饲料转化率、肉品质、繁殖性能和环境保护等方面。随着核心算法的进一步开发以及更多高质量组学数据的解析，我们相信会发现更多新的潜在基因靶点，从而丰富基因修饰猪育种的素材库。此外，我们也强调高效基因修饰技术在加速多基因改造育种进程的重要作用。
除了在食品领域的应用，由于猪在生理、药物代谢和疾病进展方面与人类的高度相似性，猪模型已成为生物医学研究中极具潜力的重要工具。例如，猪模型已被广泛应用于囊性纤维化、免疫缺陷、癌症、心肌病、糖尿病以及COVID-19等多种人类相关疾病的研究。
随着基因工程技术的发展，猪在生物医学领域的应用已不再局限于仅作为动物模型进行试验研究。针对器官移植领域供体短缺的问题，基因工程猪有望在未来发挥关键作用。尽管组织工程、生物打印和类器官等技术在个性化治疗领域展现一定的前景，但这些技术在复制器官的复杂性和功能性方面面临着诸多挑战，且仍处于初级发展阶段。近期，关于基因修饰猪器官移植到人体的多项临床试验成果令人鼓舞。2024年3月，美国成功完成首例基因修饰猪肾移植手术，移植的肾脏在末期肾病患者体内正常运作，但患者在术后两个月不幸去世。同年5月，中国为一名肝癌重症患者开展了首例基因修饰猪肝移植手术，术后7天内患者未出现急性排斥反应，且凝血功能保持正常。
当前猪源器官移植后的生存时间较短，因此在异种移植能够广泛应用于临床之前，仍需进行大量基础性研究。如何优化基因改造组合和免疫抑制方案，以提高移植成功率和整体疗效，是未来研究的重要方向。结合体内动物实验、脑死亡患者手术实践以及跨物种间基因组学比较分析，科学家或许将在有限的人类临床试验之外获取新的研究思路，在挫败中为重病患者燃起希望。
总结与展望
本文将带您深入了解基因工程猪的多种用途。这些猪不仅可以作为有价值的育种材料，显著提高猪在农业生产中的性能和经济效益，还能够作为人类遗传性疾病的关键模型以及器官移植供体，为生物医学研究和人类疾病治疗提供重要支持。
责任编辑
蔡宏琛 厦门大学
胡 川 浙江省肿瘤医院
https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00140-1
本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第五卷第六期发表的Commentary文章“When will dual-purpose pigs fly?” (投稿: 2024-6-12；接收: 2024-09-04；在线刊出: 2024-09-06)。
DOI：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100702
引用格式：Wang L., Jia Z., Xu K., et al., (2024). When will dual-purpose pigs fly? The Innovation 5(6), 100702.
作者简介
印遇龙 中国工程院院士，全国人大代表，博士生和博士后导师。现任中国科学院亚热带农业生态研究所研究员，畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室主任，中国农学会微量元素与食物链分会理事长，世界中医药学会联合会芳香产业分会名誉理事长，Animal Nutrition 杂志主编, Animal Diseases副主编， The Innovation Life副主编，iMeta、美国Journal of Animal Science(2017-2020)，美国Domestic Animal Endocrinology（2007-2009）和中国科学 生命科学中英文版和编委。长期从事猪健康养殖研究，先后主持完成院、省、国家、国际合作科研项目30多项。在PNAS、CNS 子刊等刊物发表高质量论文300多篇，所有英文论文被引用60000多次， H-index in Google Scholar 111，以第一完成人获国家科技进步奖二等奖二项和国家自然科学奖二等奖一项， 曾获湖南省杰出贡献奖，何梁何利科技进步奖，2018年在澳大利亚布里斯班举行的第14届国际猪消化生理学大会上获Asia-Pacific Nutrition Award (杰出成就奖)。
徐奎 中国科学院亚热带农业生态研究所研究员。目前主要从事基因编辑技术开发和基因编辑猪育种相关工作。主持国家自然科学基金青年项目，中国博士后科学基金面上和特别资助项目。以第一作者（含共一）或通讯作者在Nature Biomedical Engineering (2024)，eLife (2020)，The Innovation (2024, 封面故事)，Cell Discovery (2022a, 2022b)，Science China Life Sciences (2022a, 2022b)和Journal of Integrative Agriculture (2023, 封面故事)等期刊发表多篇SCI论文。
张峰 中国科学院亚热带农业生态研究所助理研究员。目前主要从事微生物基因编辑技术开发和代谢工程育种相关工作。在Applied Microbiology and Biotechnology、Frontiers in Bioengineering and Biotechnology、International Journal of Molecular Sciences和Microbial Cell Factories等微生物领域相关期刊发表5篇SCI论文。Nucleic Acids Research审稿人。
王乐莅 现为中国科学院亚热带农业生态研究所副研究员，已获博士后创新人才支持计划，入选中国科协优秀中外青年交流计划，获动物营养科学青年学者专题研讨会优胜奖以及湖南省创新创业大赛优秀团队奖，主持国家自然科学基金面上项目、重点项目子课题和创新科技2030-农业生物育种重大项目子课题。先后以第一或通讯作者在Trends in Biotechnology，Microbiome，the Innovation，Microbiology Spectrum，Animal Nutrition和 Journal of Animal Science and Biotechnology等期刊上发表论文10余篇，授权国家发明专利1项，参与编写专著3部。从事断奶仔猪营养研究工作，研究成果已经在杭州康德全、康丸德川和湖南新五丰等饲料生产公司和生猪养殖企业推广应用。
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期刊简介
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2024年影响因子为33.2，2024年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
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