出品：科普中國

作者：地星引力（科普創(chuàng)作者）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學(xué)最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

昆蟲一直以來都被廣泛應(yīng)用于家禽、魚類、豬、牛以及寵物食品的商業(yè)飼料中，但它仍然相對小眾。不過，由于昆蟲養(yǎng)殖在減少食品浪費、提供高質(zhì)量動物飼料、提供油和肥料方面具有重要作用，而且隨著生物技術(shù)工具嶄露頭角，育種者們正逐漸提高昆蟲產(chǎn)量，昆蟲養(yǎng)殖越來越成為有發(fā)展?jié)摿Φ男率袌觥?/p>

昆蟲種類

（圖片來源：Wikipedia）

在過去幾年中，生產(chǎn)黑水虻幼蟲（Hermetia illucens）和黃粉蟲（Tenebrio molitor）的公司取得了顯著進展，為昆蟲產(chǎn)品進入歐洲和亞洲市場鋪平了道路。

昆蟲工廠的規(guī)模正在不斷擴大，一些公司利用基因編輯技術(shù)來提高蛋白質(zhì)質(zhì)量、加速昆蟲孵化和生長過程。如果這種趨勢持續(xù)下去，預(yù)計到2027年，昆蟲蛋白市場總值將達到11.4億美元。

黑水虻

（圖片來源：Wikipedia）

國外的一家昆蟲飼料公司是由三名博士研究生創(chuàng)立，他們開發(fā)了一種通過環(huán)境條件誘導(dǎo)新生幼蟲進入生命暫停狀態(tài)，以延長運輸過程中的幼蟲的貨架壽命的技術(shù)，正如冬眠一樣，這是可逆的“幼蟲休眠”階段。

這家公司還使用基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9來改善黑水虻幼蟲品種的營養(yǎng)含量。該公司已經(jīng)成功用約150個控制新陳代謝的基因，得到了體型更大的幼蟲、更長的幼蟲期和更強的抗壓能力。

黑水虻幼蟲

（圖片來源：Wikipedia）

他們編輯的一個基因是控制幼蟲到蛹的蛻皮的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，當(dāng)調(diào)整后，產(chǎn)生的幼蟲比未編輯的大50%。同時他們還控制另外一個基因，降低了昆蟲外骨骼的幾丁質(zhì)含量，讓其變得更軟——這使昆蟲更適合作為水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料使用。

而另一家公司，正在改造黑水虻的基因，使其能夠作為生物燃料使用。這是因為其幼蟲富含脂質(zhì)，可以作為可持續(xù)的作物油替代品使用。

這么做的另一個優(yōu)勢在于，黑水虻的養(yǎng)殖是一種循環(huán)經(jīng)濟，它們可以在食品廢物和糞便等不同的基質(zhì)上飼養(yǎng)。不過，迄今為止，黑水虻尚未在食品商業(yè)上得到應(yīng)用，因為市場更傾向于飼料生產(chǎn)。

不過，識別帶有理想突變的黑水虻是耗時的，可能會成為一個瓶頸，因此，該公司開發(fā)了一種允許每天提取DNA并篩選數(shù)百個個體的技術(shù)。該公司還計劃添加表型標(biāo)記，如眼睛顏色，以加速篩選進一步，以及基因下調(diào)技術(shù)，如RNA干擾（RNAi），以擴展黑水虻的特性。

與此同時，位于英國的一家昆蟲遺傳公司更專注于選擇具有最佳育種特征的品種。

科學(xué)家們首先從昆蟲群體中收集物理和環(huán)境參數(shù)，選擇具有更快發(fā)育和產(chǎn)卵更多特性的昆蟲。這種方法使他們將有利的遺傳特性與可能的環(huán)境變量分離開來，因為有時候昆蟲表現(xiàn)得更具有優(yōu)勢是因為食物更多或飼養(yǎng)溫度更高，而不是因為它們本身具有遺傳優(yōu)勢。

除了黑水虻之外，另一種常被稱為黃粉蟲的甲蟲幼蟲也開始成為科研人員關(guān)注的焦點。

黃粉蟲（Tenebrio molitor的幼蟲）通常用于水產(chǎn)養(yǎng)殖和寵物食品。但是除了作為動物飼料為動物提供高質(zhì)量營養(yǎng)和植物肥料外，黃粉蟲在消化方面也表現(xiàn)出色，其中就包括對塑料廢物的生物降解，它是唯一已知的能將聚苯乙烯在腸道中降解的生物。

黃粉蟲是粉甲蟲屬甲蟲的幼蟲

（圖片來源：Wikipedia）

通過基因組工具，可以用最高效和可擴展的方式開發(fā)黃粉蟲的各項潛力。通過選擇育種，科學(xué)家們制定了關(guān)鍵特征，如體重和發(fā)育時間，跟蹤它們的可遺傳性，并監(jiān)測育種庫的基因組多樣性。

此外，還有科學(xué)家正在開發(fā)一個CRISPR概念工具包，用于在昆蟲中生產(chǎn)定制蛋白質(zhì)。

正是由于黃粉蟲具有高蛋白的特性，已經(jīng)被添加到了美國的某些奢侈品牌狗糧中。

黃粉蟲是一種常見寵物飼料

（圖片來源：Wikipedia）

由于黃粉蟲在食品行業(yè)的巨大潛力，有新興公司設(shè)立了新型垂直昆蟲養(yǎng)殖場，每年可產(chǎn)生數(shù)噸黃粉蟲產(chǎn)品，該公司在2023年還推出了世界上第一塊用于昆蟲育種的高密度基因芯片。

所謂的高密度基因芯片，是一種用于分析和檢測基因組信息的微陣列技術(shù)。它是一個小而薄的固體表面，上面包含成千上萬甚至更多的DNA探針或核酸片段，每個探針都代表著一個特定的基因或基因組區(qū)域。這些探針可以用來檢測樣本中的基因表達水平、基因變異、單核苷酸多態(tài)性（SNP）和其他基因相關(guān)信息。

這塊昆蟲育種的基因芯片包含679205個單核苷酸多態(tài)性，覆蓋了黃粉蟲編碼區(qū)域的99%以上。它可以幫助科學(xué)家識別他們感興趣的特性相關(guān)的基因，如生長性能、生殖或抗病能力。該公司計劃將擴大新芯片的生產(chǎn)，以幫助其他昆蟲養(yǎng)殖機構(gòu)。

總的來說，借助這些公司的努力和基因編輯工具，昆蟲養(yǎng)殖正逐漸在全球食品經(jīng)濟中嶄露頭角，成為動物蛋白的重要替代來源。