基因编辑昆虫：小身材也有大潜力-

出品：科普中国

作者：地星引力（科普创作者）

监制：中国科普博览

编者按：为解码生命科学最新奥秘，科普中国前沿科技项目推出“生命新知”系列文章，从独特的视角，解读生命现象，揭示生物奥秘。让我们深入生命世界，探索无限可能。

昆虫一直以来都被广泛应用于家禽、鱼类、猪、牛以及宠物食品的商业饲料中，但它仍然相对小众。不过，由于昆虫养殖在减少食品浪费、提供高质量动物饲料、提供油和肥料方面具有重要作用，而且随着生物技术工具崭露头角，育种者们正逐渐提高昆虫产量，昆虫养殖越来越成为有发展潜力的新市场。

昆虫种类

（图片来源：Wikipedia）

在过去几年中，生产黑水虻幼虫（Hermetia illucens）和黄粉虫（Tenebrio molitor）的公司取得了显著进展，为昆虫产品进入欧洲和亚洲市场铺平了道路。

昆虫工厂的规模正在不断扩大，一些公司利用基因编辑技术来提高蛋白质质量、加速昆虫孵化和生长过程。如果这种趋势持续下去，预计到2027年，昆虫蛋白市场总值将达到11.4亿美元。

黑水虻

（图片来源：Wikipedia）

国外的一家昆虫饲料公司是由三名博士研究生创立，他们开发了一种通过环境条件诱导新生幼虫进入生命暂停状态，以延长运输过程中的幼虫的货架寿命的技术，正如冬眠一样，这是可逆的“幼虫休眠”阶段。

这家公司还使用基因编辑技术CRISPR-Cas9来改善黑水虻幼虫品种的营养含量。该公司已经成功用约150个控制新陈代谢的基因，得到了体型更大的幼虫、更长的幼虫期和更强的抗压能力。

黑水虻幼虫

（图片来源：Wikipedia）

他们编辑的一个基因是控制幼虫到蛹的蜕皮的关键调节因子，当调整后，产生的幼虫比未编辑的大50%。同时他们还控制另外一个基因，降低了昆虫外骨骼的几丁质含量，让其变得更软——这使昆虫更适合作为水产养殖饲料使用。

而另一家公司，正在改造黑水虻的基因，使其能够作为生物燃料使用。这是因为其幼虫富含脂质，可以作为可持续的作物油替代品使用。

这么做的另一个优势在于，黑水虻的养殖是一种循环经济，它们可以在食品废物和粪便等不同的基质上饲养。不过，迄今为止，黑水虻尚未在食品商业上得到应用，因为市场更倾向于饲料生产。

不过，识别带有理想突变的黑水虻是耗时的，可能会成为一个瓶颈，因此，该公司开发了一种允许每天提取DNA并筛选数百个个体的技术。该公司还计划添加表型标记，如眼睛颜色，以加速筛选进一步，以及基因下调技术，如RNA干扰（RNAi），以扩展黑水虻的特性。

与此同时，位于英国的一家昆虫遗传公司更专注于选择具有最佳育种特征的品种。

科学家们首先从昆虫群体中收集物理和环境参数，选择具有更快发育和产卵更多特性的昆虫。这种方法使他们将有利的遗传特性与可能的环境变量分离开来，因为有时候昆虫表现得更具有优势是因为食物更多或饲养温度更高，而不是因为它们本身具有遗传优势。

除了黑水虻之外，另一种常被称为黄粉虫的甲虫幼虫也开始成为科研人员关注的焦点。

黄粉虫（Tenebrio molitor的幼虫）通常用于水产养殖和宠物食品。但是除了作为动物饲料为动物提供高质量营养和植物肥料外，黄粉虫在消化方面也表现出色，其中就包括对塑料废物的生物降解，它是唯一已知的能将聚苯乙烯在肠道中降解的生物。

黄粉虫是粉甲虫属甲虫的幼虫

（图片来源：Wikipedia）

通过基因组工具，可以用最高效和可扩展的方式开发黄粉虫的各项潜力。通过选择育种，科学家们制定了关键特征，如体重和发育时间，跟踪它们的可遗传性，并监测育种库的基因组多样性。

此外，还有科学家正在开发一个CRISPR概念工具包，用于在昆虫中生产定制蛋白质。

正是由于黄粉虫具有高蛋白的特性，已经被添加到了美国的某些奢侈品牌狗粮中。

黄粉虫是一种常见宠物饲料

（图片来源：Wikipedia）

由于黄粉虫在食品行业的巨大潜力，有新兴公司设立了新型垂直昆虫养殖场，每年可产生数吨黄粉虫产品，该公司在2023年还推出了世界上第一块用于昆虫育种的高密度基因芯片。

所谓的高密度基因芯片，是一种用于分析和检测基因组信息的微阵列技术。它是一个小而薄的固体表面，上面包含成千上万甚至更多的DNA探针或核酸片段，每个探针都代表着一个特定的基因或基因组区域。这些探针可以用来检测样本中的基因表达水平、基因变异、单核苷酸多态性（SNP）和其他基因相关信息。

这块昆虫育种的基因芯片包含679205个单核苷酸多态性，覆盖了黄粉虫编码区域的99%以上。它可以帮助科学家识别他们感兴趣的特性相关的基因，如生长性能、生殖或抗病能力。该公司计划将扩大新芯片的生产，以帮助其他昆虫养殖机构。

总的来说，借助这些公司的努力和基因编辑工具，昆虫养殖正逐渐在全球食品经济中崭露头角，成为动物蛋白的重要替代来源。