即將在中國啟動的國際模式豬計劃是一個雄心勃勃的研究項目。該項目將對豬的所有基因進(jìn)行敲除研究，以便實(shí)現(xiàn)豬的模式動物化，為生命科學(xué)研究提供理論和技術(shù)支持。
11月10日，在北京召開的2017年中國工程院動物生物技術(shù)國際高峰論壇傳出一個消息，中國將啟動一項雄心勃勃的研究項目，國際模式豬計劃（Pig Model Project，PMP）。這一項目將對豬所有基因進(jìn)行敲除研究，建立完整的基因敲除豬表型品系，實(shí)現(xiàn)豬的模式動物化。該國際項目的科學(xué)咨詢委員會主席將由2007年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者、美國猶他大學(xué)教授馬里奧·卡佩奇擔(dān)任，該計劃也得到美國、荷蘭、法國、中國澳門等國家和地區(qū)科學(xué)家的熱情響應(yīng)。
“中國特別適合”
2017年中國工程院動物生物技術(shù)國際高峰論壇由中國工程院和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合主辦，會議邀請包括馬里奧·卡佩奇教授在內(nèi)的22位國際知名科學(xué)家作了精彩的學(xué)術(shù)報告，這些科學(xué)家的研究主要集中在基因編輯技術(shù)、豬功能基因組、基因修飾豬制備、異種器官移植、疾病模型豬應(yīng)用等領(lǐng)域。
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)校長孫其信在歡迎詞中介紹道，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)已在豬模型研究領(lǐng)域開展了卓有成效的工作，先后利用我國特有豬品種資源培育出中國實(shí)驗用小型豬新品系，培育出我國第一批體細(xì)胞克隆豬、轉(zhuǎn)基因克隆實(shí)驗小型豬，還利用基因工程技術(shù)建立了人多囊腎病、侏儒癥等十多種模式豬，在國家發(fā)改委支持下，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)正在建設(shè)“豬表型與遺傳研究”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，在這些基礎(chǔ)上，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)倡議啟動國際模式豬計劃，希望加強(qiáng)國際和國內(nèi)合作，共同推動豬作為模式動物為生命科學(xué)研究做出新的貢獻(xiàn)。
中國工程院副院長劉旭院士在致辭中則表示，模式動物在生命科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，但是小鼠等小型模式動物已不能滿足現(xiàn)代生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的需要。由于器官生理、結(jié)構(gòu)和功能等方面與人非常接近，豬非常適合用于人類疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)理、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、異種器官移植等研究，中國工程院支持啟動國際模式豬計劃，并對參與該計劃的國內(nèi)外科學(xué)家表示感謝。
馬里奧·卡佩奇教授隨后在大會主旨發(fā)言中指出，中國是世界上最大豬生產(chǎn)和消費(fèi)國家，擁有豐富的豬遺傳資源，也有一大批模式豬研究領(lǐng)域的優(yōu)秀科學(xué)家，特別適合啟動和領(lǐng)導(dǎo)國際模式豬計劃。
計劃的由來
據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院趙要風(fēng)教授介紹，國際模式豬計劃將主要借鑒國際基因敲除小鼠計劃和國際小鼠表型分析計劃的做法。
2005年8月7日，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）宣布將投資5200萬美元，啟動基因敲除小鼠計劃（Knockout Mouse Project），系統(tǒng)性依次破壞小鼠基因組中2萬個基因中每個基因，建立基因敲除小鼠數(shù)據(jù)庫。之后，基于相同目標(biāo)的歐洲條件性基因突變小鼠項目（EUCOMM）、加拿大北美條件性基因突變小鼠項目（NorCOMM）和美國德克薩斯醫(yī)學(xué)基因組研究計劃（TIGM）等相繼啟動。為了避免重復(fù)工作，2007年3月，由這些研究計劃和機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立了國際基因敲除小鼠聯(lián)盟（International Knockout Mouse Consortium，IKMC）。據(jù)《自然》雜志報道，到2011年，約有1.7萬個小鼠基因已被IKMC成員敲除。
2011年9月，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）又宣布成立國際小鼠表型分析聯(lián)盟（IKPC），該聯(lián)盟旨在基因敲除小鼠等大型科研計劃的基礎(chǔ)上，建立所有編碼基因的條件性基因剔除小鼠，系統(tǒng)分析突變小鼠的發(fā)育、生理生化及病理表型，從而詮釋哺乳動物編碼基因的功能。該計劃將分為2個階段分步實(shí)施：第一階段（2012－2016）分析5000個基因的基因剔除小鼠的表型，第二階段（2017－2022）分析15000個基因的基因剔除小鼠的表型。目前該聯(lián)盟共有來自11個國家的19個科研機(jī)構(gòu)組成，包括中國的南京大學(xué)模式動物研究所和臺灣國研院實(shí)驗動物中心。美國國立衛(wèi)生研究院、歐盟、英國醫(yī)學(xué)研究理事會（MRC）、加拿大衛(wèi)生部以及日本理化研究院（RIKEN）對該計劃進(jìn)行了資助。
小鼠作為模式動物，飼養(yǎng)成本低、操作簡便等優(yōu)勢，已在動物功能基因、人類疾病發(fā)生機(jī)理等研究領(lǐng)域已發(fā)揮巨大作用，但是小鼠同樣存在個體小、壽命短、與人類進(jìn)化距離遠(yuǎn)等不足，并不能完全模仿人類疾病特別是癌癥等慢性疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。而豬作為大型模式動物，在壽命、體型、器官結(jié)構(gòu)與功能等方面都比較適合模仿人類疾病，同時豬也是異種器官移植的主要供體，而豬基因功能闡明也將為豬新品種培育、疫病防控等提供重要支撐。
中國是世界上最大的生豬飼養(yǎng)和消費(fèi)大國，每年肉豬生產(chǎn)和消費(fèi)量約占全世界的一半，與此同時，我國也是世界上豬種質(zhì)資源最豐富的國家，我國豬品種資源占世界的四分之一，擁有西藏小型豬、五指山小型豬、貴州小型豬等特色小型豬品種資源，因此中國政府非常重視這種涉及農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等交叉學(xué)科的基礎(chǔ)研究。
2016年2月，“模式動物表型和遺傳研究”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目已由國家發(fā)改委批準(zhǔn)立項，同時得到北京市政府和云南省政府的支持。據(jù)趙要風(fēng)教授介紹，項目總投資11.2億元，其中中國農(nóng)業(yè)大學(xué)牽頭承擔(dān)“豬表型和遺傳研究設(shè)施”的建設(shè)任務(wù)，總投資7.6億元，建設(shè)地點(diǎn)在河北省涿州市，中國科學(xué)院昆明動物所牽頭承擔(dān)“靈長類單位表型和遺傳研究設(shè)施”的建設(shè)任務(wù)，總投資3.6億元，建設(shè)地點(diǎn)在云南省昆明市，項目建設(shè)周期約5年。在該項目的基礎(chǔ)上，啟動和實(shí)施國際模式豬計劃，既是“豬表型和遺傳研究設(shè)施”項目的重要內(nèi)容，也將充分發(fā)揮這一基礎(chǔ)設(shè)施的功能。
據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)吳森教授介紹，國際豬模型計劃將逐步對豬基因組幾乎所有2萬個基因進(jìn)行敲除研究，培育相應(yīng)的基因敲除豬表型品系，建立一個完善、免費(fèi)的豬基因組突變數(shù)據(jù)庫，相關(guān)成果將主要用于功能基因、遺傳育種、新藥驗證、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、異種器官移植等研究，該倡議得到美國、荷蘭、法國、中國澳門以及國內(nèi)豬模型研究領(lǐng)域科學(xué)家的熱情響應(yīng)，馬里奧·卡佩奇教授將擔(dān)任該國際計劃的科學(xué)咨詢委員會主席。
良好的基礎(chǔ)
豬作為模式動物在國際上越來越受到重視，特別在人類疾病模型、藥效學(xué)、異種細(xì)胞和器官移植等領(lǐng)域，中國也在這些領(lǐng)域加強(qiáng)研究，并逐步成立模式豬研究的主要國家。
從2005年開始，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)建立了豬的體細(xì)胞克隆、轉(zhuǎn)基因、基因編輯技術(shù)平臺，先后培育了多囊腎病、肌肉生長、侏儒病等基因工程模式豬。隨后中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所、中國科學(xué)院動物研究所、廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、南京醫(yī)科大學(xué)、吉林大學(xué)、浙江大學(xué)和中山大學(xué)等研究人員相繼培育出數(shù)十種人類疾病基因修飾克隆豬和異種移植模式豬，中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院則率先在國際上開展了豬胰島細(xì)胞異種移植治療I型糖尿病的臨床試驗，取得了不錯的療效。
國際上基因修飾模式豬研究也有很多中國科學(xué)家的參與，如美國哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家喬治·丘奇教授團(tuán)隊最近利用CRISPR/Cas9技術(shù)對豬細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)源逆轉(zhuǎn)錄病毒（PEPV）基因進(jìn)行了基因編輯，有望再次掀起豬的異種器官移植研究熱情。從其9月發(fā)表在《科學(xué)》雜志的論文了解到，這項突破性研究有來自浙江大學(xué)、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、第三軍醫(yī)大學(xué)、深圳市金新農(nóng)科技股份有限公司的15位中國科學(xué)家參與，占共同作者的三分之二，喬治·丘奇教授也計劃今后將更多地與中國科學(xué)家和研究機(jī)構(gòu)合作，推進(jìn)豬異種器官移植深入研究和應(yīng)用。
通過豬表型和遺傳設(shè)施項目建設(shè)，以及國際模式豬計劃的實(shí)施，將有助于進(jìn)一步闡明生命表型的形成規(guī)律和調(diào)節(jié)方式，認(rèn)識人類和動物生命活動規(guī)律、重大疾病的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，并為醫(yī)藥開發(fā)、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、異種器官移植和動物遺傳育種提供理論和技術(shù)支持。