书城自然基因和转基因
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第7章 转基因食品(2)

1997年年底,英国PPL治疗学公司率先利用克隆“多利”所采用的“细胞核转变”法,培育出200头携带人体基因的绵羊,并成功地从奶汁中提取了α-1抗胰蛋白酶。这是科学家首次从遗传工程培育的绵羊的奶中,提取可用于治疗人类疾病的药物成分,为建立“动物药厂”打下了基础。随后,芬兰科学家将人体的促红细胞生长素基因,植入乳牛的受精卵中,创造了一种能生产出促红细胞生长素的乳牛。从理论上说,这种乳牛一年可提取60-80千克促红生长素,比目前全世界的使用量还多。

日本科学家通过转基因技术开发出抗过敏生菜日本科学家运用转基因技术开发出一种新型生菜,它能合成大量可抑制过敏反应的物质――硫氧还蛋白1(thioredoxin-1)。《日经产业新闻》近日报道说,京都大学和奈良尖端科学技术研究生院的科学家使用转基因技术,向生菜叶细胞的叶绿体内植入负责编码硫氧还蛋白1的基因,成功使生菜叶合成了这种抗过敏物质。以往人工合成硫氧还蛋白1使用的是大肠杆菌。由于合成过程中大肠杆菌的毒素可能混入,因而造成了提炼工序的高成本。而用生菜来合成硫氧还蛋白1则不会有这种危险。硫氧还蛋白1有抗氧化功能,可清除活性氧,抑制炎症和过敏反应。科学家希望以此项成果为基础,在未来研制出更多类型的“药物蔬菜”。

英国研究人员宣布已经培育出了一些转基因鸡,它们下的蛋具有抗癌和抗病毒的特性,因此,人们可能借助于这些鸡所生的蛋来抗御癌症和其他疾病。苏格兰爱丁堡的罗斯林研究所的研究人员为了让几种母鸡所生的鸡蛋中包含可以用作抗癌药物的蛋白质,向母鸡的DNA中加入了人类的一些基因。最近的结果表明,一种母鸡可以生出含有MiR24蛋白质的鸡蛋。MiR24是一种可以抗击黑色素瘤(皮肤癌的一种)的抗体。另一种母鸡则可以生出含有干扰素B-1A的鸡蛋。B-1A能够抑制病毒在人体细胞中复制。目前研究人员成功地培育出500只这样的神奇母鸡,如果获得批准,将来人们吃这样的鸡蛋就可以获得抗癌和抗病的能力。

中国工程院院士、上海医学遗传研究所所长曾溢滔在上海成功研制出5头有靶基因整合的转基因羊,其中一头羊产下小羊进入泌乳期后,其乳汁中含有活性的人凝血因子IX,表明这种凝血因子可以治疗血友病。这些转基因动物食品(药品)都是通过实验方法,把外源基因导入动物的受精卵,使外源基因与动物本身的基因组整合在一起,因而外源基因能随细胞的分裂而增殖,并能稳定地遗传给下一代。我国目前已有动物转基因所产生的乳铁蛋白、白蛋白、凝血因子等进入临床试验阶段。

富含ω-3脂肪酸的转基因动物食品。ω-3脂肪酸一直被认为可以防止心脏病,ω-3脂肪酸对于大脑发育也十分有益,它可以减少老年性痴呆发生的危险。正因为如此,美国心脏协会一直推荐人们一周吃两到三次鱼,特别是像鲑鱼等富含脂肪的鱼,因为它们的脂肪中富含ω-3脂肪酸。富含ω-3脂肪酸的鸡、牛、羊、猪等产品以及上面所述的其他转基因动物产品无疑是今后转基因动物食品占领市场的主打产品。当然,它们得经过管理机构的严格审查和消费者的挑剔,而且即使它们并不危害人体和环境,也可能要经过较长时间才会被人们和市场接受。

目前根据转基因的功能与目的,我们可以把转基因技术如下分类:

(l)增产型。农作物增产与其生长、分化、肥料、抗逆、抗虫害等因素密切相关,故可转入或修饰相关的抗虫基因、抗病基因、抗逆基因、品质基因、品质改良基因、控制发育基因等转入水稻、大豆、玉米、棉花等高经济价值的作物从而得以大大提高产量,如抗虫基因工程将Bt基因导入棉花、玉米、水稻、烟草、马铃薯等作物,毒杀害虫;或将胰蛋白酶抑制剂基因导入作物,干扰害虫消化作用,而导致害虫死亡。

(2)控熟型。通过转移或修饰与控制成熟期有关的基因,可以使转基因生物成熟期延迟或提前,以适应市场的需要。前面提到的转基因番茄不耐贮藏问题。为了解决番茄这类果实的贮藏问题,研究者便是应用了控制植物衰老激素乙烯合成的酶基因,该基因是导致植物衰老的重要基因,所以利用基因工程的方法抑制这个基因的表达,从而控制衰老激素乙烯的生物合成,使番茄不会容易变软和腐烂。

(3)营养品质型。通过基因技术,改变现有食物的营养成分,从而满足人们对不同营养的需求。其中包括对蛋白质、油脂、碳水化合物等的改良。在蛋白氨基酸方面,许多粮食作物缺少人体必需的氨基酸。为了改变这种状况,可以从改造种子贮藏的蛋白质基因人手,使其表达的蛋白质具有合理的氨基酸组成,增强营养功能,举个例子,豆类植物中蛋氨酸的含量很低,但赖氨酸的含量很高,而谷类作物中的对应氨基酸含量正好相反,通过基因工程技术,可将谷类植物基因导入豆类植物,开发蛋氨酸含量高的转基因大豆,我国学者把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导入马铃薯中,使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了10%以上,硫氨基酸尤为显著。再比如面包生产需要高蛋白质含量的小麦,而目前的小麦品种含蛋白质较低,将高效表

达的蛋白基因转入小麦,将会使做成的面包具有更好的焙烤性能。

在对油脂品质的改善,主要集中在两个方面:控制脂肪酸的链长和饱和度。油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。美国杜邦公司通过反义抑制或/和共同抑制油酸酯脱氢酶,开发成功高油酸含量的大豆油。这种新型油含有良好的氧化稳定性,很适合用作煎炸油和烹调油。导入硬脂酸-ACP脱氢酶的反义基因油菜种子中硬脂酸的含量从2%增加到40%;硬脂酸-COA可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸的含量下降,不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸)的含量增加,其中油酸的含量可增加7倍。而在碳水化合物上,可以通过对其酶的改变来调节其含量:通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得完全只含容易被人体消化的直链淀粉的转基因马铃薯。

利用基因工程技术还可以生产独特的食品香味剂和风味剂,如香草素、可可香素、菠萝风味剂,以及高级的天然色素,如类胡萝卜素、花色苷素、咖喱黄、紫色素、辣椒素和靛蓝等,并且通过杂种选育的色素含量高、色调和稳定性好。例如转基因的E。coli的玉米黄素最高产量达289μg/g。通过把风味前体转变为风味物质的酶基因的克隆或通过发酵产生风味物质都可使食品芳香风味得以增强。

(4)保健防疫型。通过转移病原体或毒素基因至粮食作物或果树中,人们吃了这些粮食和水果;相当于在补充营养的同时服用了疫苗,起到预防疾病的作用。比如,科学家培育出了一种能预防霍乱的苜蓿植物。用这种苜蓿来喂小白鼠,能使小白鼠的抗病能力大大增强。而且这种霍乱抗原,能经受胃酸的腐蚀而不被破坏,并能激发人体对霍乱的免疫能力。目前,越来越多的抗病基因正在被转入植物,使人们在品尝鲜果美味的同时,达到防病的目的。已获成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等10多种转基因马铃薯、香蕉、番茄的食品疫苗。

(5)新功能型。通过不同品种间的基因重组可形成新品种,由此获得的转基因食品可能在品质、口味和色香方面具有全新的特点。在蚕丝方面,通过转基因培育出七彩蚕,使蚕丝有了多种的天然的色彩,更能满足人们对美的追求;或将蜘蛛丝基因导入家蚕中,生产的蚕丝的力学性能可以得到较大的改善,古老的蚕业又焕发出新的活力。

(6)加工型。由转基因产物作原料加工制成花样繁多的食品。如在发酵工业中对微生物菌种性能的改良,获取优良的菌株:改良啤酒酵母菌的性能,采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,啤酒生产方式革新。Lancashing根据同源重组的原理,通过自克隆技术改造啤酒酵母工业菌株G03,工程菌的谷胱甘肽含量比受体菌株提高16.6%,啤酒的抗老化能力得到了显著提高,而常规指标没有发生显著变化;改良酿酒酵母菌的性能,应用基因克隆技术将黑曲霉产糖化酶基因cDNA转入经优化的受体菌(酿酒酵母京龙JL108号),再经反复筛分、驯化获得JL1(Yip128D。17N),经包埋制得具有糖化酒化“双功能”的固定化酵母,载体产酶能力在10u/gh以上,酒精发酵醪液中酶活达20u/mL以上。还有通过转基因微生物生产药物如著名洗液等。

总之,转基因生物的研制成功无疑是人类征服自然的伟大成就。转基因技术的应用将给人类带来的希望和福音,可以用“不怕做不到,就怕想不到”这句话来形容。

可是谈到转基因生物,必然会联系到其安全性的问题。目前,转基因生物安全性评价主要遵循的原则是实质等同原则和个案原则,主要涉及两个方面即环境安全性和食品安全性。其中食品安全性问题是指其对人类健康的影响,涉及食品的营养学、毒理学、致病性、致敏性等诸多方面。

五、 仁者见仁,智者见智的讨论

据统计,目前全世界转基因作物已达120多种,每年的种植面积超过1亿公顷,相当于我国全国的土地都种植了转基因作物,较过去十年增长了25倍之多。在美国,含转基因成分的食品高达4000多种,已成为人们日常生活的普通商品。我国转基因农作物和林木有22种,转基因棉花已进入大规模商业化生产,但截止目前尚无转基因食品批准上市。有关研究报告显示,我国近年来进口的转基因作物以及初级加工品数量也增长很快,从1996年的8万吨上升到1999年的283万吨,增长了35倍。我国已成为世界转基因农作物田间实验和商品化生产面积的第四大国。转基因食品安全吗?目前,这依然是一个颇具争议的问题。

转基因食品概念,产生机理,稍有点科学常识的人都知道,基因是控制生物性状的最基本单位,记录着生物生殖繁衍的遗传信息。通过修改基因能改变一个有机体的部分或全部特征。

转基因食品就是移动动植物的基因并加以改变,制造出具备新特征的食品种类。譬如利用生物技术将某些动物的基因转移到其它物种上去,通过改造生物的遗传组织,使其出现原物种原来并不具备的特征,这些转变可以按照人类所需要的目标来完成。举这样的例子来加以说明:人们可以用北极深海鲜鱼的抗冻基因帮助西红柿、草莓等普通植物来抵御寒冷;把某些细菌的基因接入玉米、大豆的植株中,就可以更好地保护它们不受害虫的侵袭。而以这些转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。

目前转基因食品发展状况:美国是转基因技术采用最多的国家。自20世纪90年代初将基因改制技术实际投入农业生产领域以来,目前美国农产品的年产量中55%的大豆、45%棉花和40%的玉米已逐步转化为通过基因改制方式生产。目前,大约有20多种转基因农作物的种子已经获准在美国播种,包括玉米、大豆、油菜、土豆、和棉花。据估计,从1999年到2004年,美国基因工程农产品和食品的市场规模将从40亿美元扩大到200亿美元,到2019年将达到750亿美元。有专家预计:21世纪初,很可能美国的每一种食品中都含有一定量基因工程的成分。其它还有阿根廷、加拿大也是转基因农业生产发展迅速的国家。我国的转基因研究也有较大的发展,并且在基因药物、转基因作物、农作物基因图与新品种等方面具有相对比较优势。但真正进入商业化生产的则较少,就农作物而言,目前只有抗虫棉、矮牵牛花、抗病毒甜椒、抗病毒蕃茄和延熟蕃茄等。转基因食品对人体益弊及转基因食品安全性;

直到目前为止,转基因食品在推出市场前都没有经过长远的安全评估,人类长期食用是否安全仍然成疑,而科学界对这些食品是否安全也还没有共识。真是仁者见仁智者见智。

――持肯定态度的说法:

美国第一批转基因西红柿上市以来,全球约有2亿多人食用过数千种转基因食品,十多年来尚未报道过一例食品安全事件;我国进口转基因大豆较多,据估计约有一半的大豆色拉油中含有转基因成分,目前也没有出现问题。基因技术的突破使科学家们得以用传统育种专家难以想象的方式改良农作物,其优点是显而易见的。通过转基因技术可培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等特性的作物新品种。第一,可降低生产成本。抗病、抗杂草或抗虫害能力的增加,由此可减少农药和除草剂的用量,降低种植成本。第二,可提高作物单位面积产量。一种作物的基因改良后,更容易适应环境,能更有效抵御各种灾害的袭击,并使产量更高。另外,转基因技术可以使开发农作物的时间大为缩短。利用传统的育种方法,需要七、八年时间才能培育出一个新的品种,而基因工程技术培育出一种全新的农作物品种,时间可缩短一半。因此,有专家甚至认为,不出多少年,转基因技术将改变世界。转基因技术可根据人们的需要,赋予动植物新的特性。例如把生长素基因、多产基因、促卵素基因、高泌乳量基因、瘦肉型基因、角蛋白基因、抗寄生虫基因、抗病毒基因等外源基因导入动物的精子、卵细胞或受精卵,可培育出生长周期短、产仔多、生蛋多、泌乳量高,生产的肉类、皮毛品质与加工性能好,并具有抗病性的动物,目前已在牛、羊、猪、鸡、鱼等家养动物中取得一定成果。科学家还利用转基因技术,开发能够生产防病的疫苗和食品的农作物。

――持否定态度的说法: 1999年的转基因马铃薯事件,英国的一位研究人员公布的实验结果说:用含有转基因的马铃薯饲养大鼠,引起了大鼠器官生长异常、体重减轻、免疫系统遭到破坏。这一实验结果立即引起轰动,导致了世界范围的对转基因食品安全性的怀疑。

据报道,科学家研究发现,有些转基因生物产品可能含有有毒物质和过敏源,会对人体健康产生不利影响,严重的甚至可以致癌或导致某些遗传疾病。尽管到目前为止还没有有说服力的研究报告表明这些改良品种有毒,但一些研究学者认为,对于基因的人工提炼和添加,可能在达到某些人们想达到的效果的同时,也增加和积聚了食物中原有的微量毒素。这种毒素的积累是个相当长的过程,但它确实可能正在进行中,因此目前谁也不能确保这些改良品种没有毒。英国科学家普斯陶教授的研究报告说,经过基因改造的马铃薯对实验老鼠的肝、胃和免疫系统都会造成伤害。虽然他的实验结果有待于进一步证实,但仍可提示人们转基因食品可能有损于人类的健康。其次是过敏反应问题,对于1种食物过敏的人有时还会对1种以前他们不过敏的食物产生过敏,原因就在于这种食品中含有了导致过敏的蛋白质。例如科学家将玉米的某一段基因加入到核桃这种、小麦和贝类动物的基因中,那么,以前吃玉米过敏的人就可能对核桃、小麦和贝类食品过敏。

有研究者认为外来基因会以一种人们目前还不甚了解的方式破坏食物中的营养成分。美国伦理和毒性中心的实验报告则说,与一般大豆相比,耐除草剂的转基因大豆中,防癌的成分异黄酮减少了。

大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种杂交,造成基因污染,从而影响到生物多样性的保护和持续利用,这种污染对环境及生态系统造成的危害比其他任何因素对环境造成的污染都难以消除。例如:抵抗除莠剂的转基因油菜会使野生芥菜受到传染,从而使野生芥菜对除杂草措施不敏感。

1999年5月英国的权威科学杂志(自然)刊登了美国康奈尔大学副教授约翰?罗西的一篇论文,引起世人的震惊。论文说,研究人员把抗虫害转基因玉米――BT基因玉米的花粉撒在苦苣菜叶上,然后让蝴蝶幼虫啃食这些菜叶。四天之后,有44%的幼虫死亡,活着的幼虫身体较小,而且无精打采。而另一组幼虫啃食撒有普通玉米花粉的菜叶,则未有出现死亡率高或发育不良的现象。论文据此推断,BT转基因玉米花粉含有毒素。

有人怀疑,转基因农作物和以此为原料制造的转基因食品对人体是否也有危害,比如,具有抗虫害、自动除杂草的转基因作物其作用机理与传统农药有无不同,会不会将有毒性的物质“传送”给消费者的有机体系?还有,某种转基因食品可以抵御细菌入侵,那么是否会使我们体内外的细菌产生变异而对所有的抗菌素产生免疫力?目前,章 中国科学院的《科学新闻》最近发表的一篇文章,将转基因食物“可能”对人类健康的危害总结为3点:某些毒素可引起人类急、慢性中毒,某些转基因作物可引起人的过敏反应,转基因产品营养成分变化,使人的营养结构失衡。

现状: 转基因农作物能获得一些格外的属性,比如抗虫,增产,增加蛋白质含量,糖含量等等,那么转基因食品以这些农作物作为原料,其利就是可以增加供应量,营养强化,降低成本等等。而其弊就是存在一些不可预知的风险,如外来基因在食物链的传递,破坏大自然的生态平衡等等。