主题：闲聊 对于转基因毒性的研究发展太快，不得不科普一下 -- 子玉

在“生物工程”技术大发展的30年里，生命科学领域中也有日新月异的发现。仅下面谈及的几项重大发现；就已经全面颠覆了30年前的生命科学的前沿理论。

（1） 可变剪接 （Alternative Splicing）

转基因技术刚开始时[4]，生物学家以为，真核生物 (如植物、动物、和人) 的基因编码规律，与原核生物(如细菌) 是一样的，即：一个基因只编码一个特定的蛋白质。但是，“可变剪接”原理表明：在真核生物中，一个基因可以编码多个不同的蛋白质。[5]但是，一直到2000年以后，对于“可变剪接”现象在真核生物中的广泛性和普遍性才被充分确认；而此时转基因农产品如抗除草剂的大豆已经“育成”，其大规模商业化生产和出口的一切准备都已就绪，在随后极短的几年时间内，就形成了史无前例的生产能力和出口规模。

（2） 内含子 （Intron）不一定无功能

一个基因中包含内含子（Intron）和外显子（exon）。假设有一个完整信息为“inXXXXforXXmaXXXXXtion”的“基因”，其中能够编码蛋白质的序列为“information”，嵌在编码蛋白质信息的基因段之间的、非编码部分，“XXXX”或“XX”，是“内含子”，编码蛋白质部分的基因（in–for–ma－tion）叫做“外显子”。需要我们注意的是：基因组序列中90%以上的序列都是不编码基因“内含子”。

转基因专家曾经认为，内含子是基因的无用段、是“垃圾基因”。现在已没有人再这样看，因为部分内含子有重要功能[6]。但是，时至今日大部分“内含子”的功能尚不清楚，即它们在生物的生长和发育中是否有作用、怎样发生作用，现在仍然不知道。在“转基因”的过程中忽略了内含子的作用，或者在不同程度上对内含子造成干扰、破坏，会引起什么后果？谁也不知道。

（3） 基因“有”次序 （Gene Order）

1985年之前，分子生物学家认为：基因是互为独立的一系列微单元。而更新了的基因学理论认为：基因次序并非随机的。[7]对于“基因次序”内在联系的破坏，将是有后果的。“增加”一个基因，或“减掉”一个基因，或对某一个基因动手术，所引起的改变并不仅仅在于这一个基因本身。而现有的、功能非常有限的检测手段，仅仅是检测被“增加”进去的那一个基因本身，其他问题根本无法触及。

（4） 横向（水平）转基因 （Horizontal Gene Transfer）

在上世纪70年代和80年代，研究者普遍认为，通过“横向转基因”导致外源基因进入哺乳动物的消化道，是不会发生的。这一理解对当初评估转基因食物的“安全性”起了根本性的作用。[8]而后来，当科学家开发了更为精密的检测技术后，才发现一个显著比例的DNA并没有被消化系统摧毁。转基因技术所采用的外源基因材料，甚至可能透过胎盘进入胚胎[9]、转移进入成人的性细胞，由此影响到遗传。

横向转基因是生物工程技术的目标和结果。生物工程技术可以去除内含子，使横向转基因这个目标得以实现。[10] 正常植物基因中都有内含子（见上第2条），含有较长内含子的食物植物基因就不容易转移入肠道细菌中；即便偶然进入了，由于细菌没有一种除去除内含子段的功能，因而这个偶然进入的基因就不会被表达。然而，转基因作物大部分外源插入基因的编码段中是没有内含子的，有时为了使导入的外源基因在转基因植物或动物中高效表达，不仅要在编码区前使用强启动子，还要在编码区中加入内含子，这时内含子呈现这样的状态：informationXXXXX——这会使转入细菌的外源基因更容易被表达。

于是，“横向转基因”便成了一个全新的问题，它的直接后果，就是无法预知的安全风险。。

（5） 蛋白质错误折叠 （Protein Misfolding）

根据陈旧的遗传学理论，一旦氨基酸顺序确定了，蛋白质便总是会按正确的方式折叠。转基因作物的研发便是基于这样的原理。而更新了的遗传学理论指出：蛋白质折叠需要有蛋白伴侣（chaperone）来协助进行。千百万年以来，每一种植物的蛋白伴侣与它所折叠的特定的蛋白质一起，经历了漫长的进化而相互适应。当一种外源细菌基因被插入植物时，这一植物的蛋白伴侣就会遭遇完全陌生的异类蛋白，它们间将如何互动，是无法预料的。假如这种尴尬的遭遇使得蛋白质折叠发生错误，后果将是错综复杂的。疯牛病就与“蛋白质错误折叠”有关。

（6） 基因微阵列芯片测试 （Micro-array gene chip study）

基因微阵列芯片是一种相对新的技术，目前还没有被广泛应用。这项新技术应用于转基因作物的检测时发现，仅仅一个外源基因的插入，就可能导致5%受体基因改变它们本身的基因表达。[11]这种改变的结果，可以是农作物原有营养成分的丢失，也可以是意外毒素表达程度升高。[12]所以，转基因作物的风险并不仅仅来自于所转的那个外源基因，问题比那一个基因更多，更大。

另外，新近发现的“第二套遗传密码”(即RNA系统，DNA-基因被称为第一套遗传密码)，更揭示了基因间相互联系的高度复杂性。而30年前生物工程技术——转基因技术发端之时，生物科学界对以上问题还一无所知。

Windows系统相信大家都很熟悉，我不是IT行业的，想问下在座的哪位有能力根据自己的需要改进Win 7系统的某个你希望的表现？令生物研究者头疼的是，生物的基因并不像计算机的程序或者子程序那样呈现“模块化”，在程序间依靠简单逻辑关系来运行。或者也可以说，生物基因编码的程序，人类还无法清晰其中的“逻辑”。基因的调动依赖环境信号的变化，一个信号往往会涉及多项胞内活动的变化。这样，一个生物性状往往由多个基因决定，同时，其中的每一个基因又参与着另外一些性状的调节。这意味着什么？这意味着如果你想要获得Win 7的某个表现改进，找到该子程序相应的代码，用人设定的语言书写，执行，只要不是死循环的逻辑，系统就不会崩溃。然而要改变生物的某个性状，则需要让整个网络同时对变化做出反应。如果做不到同时反应，则或者这个单独的改变无法保留，逐渐自行消失，或者网络的某个重要节点被迫超出调控范围，细胞癌变或死亡。在多细胞生物中，当发生变化的基本单位——细胞达到某个数量，就会出现症状，机体也就表现生病了。

在正常机体内，各基因都是受控表达的，而人工转入的基因是不受控的

从理论上分析，基因表达（expression）这个过程本身是一个多点受控的过程，跨物种转基因其实包含着一个明显的假设——两个物种之间共用相同的转录、翻译、密码、修饰等机制。然而实际的情况要复杂得多，物种差距越大，所使用的这些机制差距就越大，怎么可能保证精确？做过转基因，应该知道真核生物的基因经常无法在工程细菌中正常表达，比如包涵体的产生，表达的蛋白没有获得正确的折叠，不能形成天然的聚合形式等，请问这些是为什么？而在真核生物中，由于可变剪切（alternative splicing）、可变多腺苷酸化（alternative polyadenylation）及RNA编辑（RNA editing）的存在，已经证实一个基因有可能通过不同的剪切方式而表达出多种蛋白[4]。

来自原核生物苏云金芽孢杆菌的cry基因，由于带有一个伪装的“开关”（启动子，一段容易被聚合酶识别的核苷酸序列），插入真核生物后也会被当作真核生物基因对待，在理论上至少有三个问题产生：一是它本身插入的位置，是否会因为上、下游核苷酸而产生移码突变，造成启动子失灵或终止子失灵；二是这样无数段人造基因插入是否会破坏植物基因组结构，使原有基因产生错误表达？从而产生不希望的甚至有毒害的物质？三是更间接的，由前所述细胞组分的网络关系，这些外源蛋白是否会对细胞的正常代谢造成很大的影响，增加或减少次级代谢产物而不适于人类食用？

这一理论上的可能性，将直接否定在讨论转基因食品安全时被采用的所谓“实质相同”这个原则。事实上这些可能性最近已有代谢物组学、蛋白组学和基因组学的研究（合称omics）所证实。例如，根据2010年发表在EJEAFChe的数据，转cry基因后大米与非转基因对应物种二维电泳有约百分之十几的蛋白点不能对应[5]。基于蛋白组学变化而认为需要对转基因食品重新评估安全性的观点还有这篇文章[6]。除了蛋白组分，转基因作物的主要营养成分如几种氨基酸、脂肪酸、维生素、微量元素等也会出现很大差异，反营养物植酸无显著差异[7]。

正是由于人们有这样的担心，新的转基因品种正在研究将转入的基因处于“受控”的表达下。比如利用愈伤组织特殊的启动子代替病毒来源的启动子，或者利用叶绿体蛋白等的启动子使得Bt毒蛋白不在作物的可食用部分中表达。以及，减少使用带有抗生素抗性的筛选标记等。这样，看起来危险性就小了许多。但是，之所以将受控二字加引号，是由于转基因应用在理论上未解决的问题，所担心的除了毒蛋白的表达外，还包括转基因本身在理论上充满不确定性。

首先，自发突变可以说这是作物进化的重要方式之一。然而是否想过真核生物与原核生物，哪种自发突变的比例要高一些？为什么？

其次，自发突变的机率是根据基因某个可检测位点突变的最终结果而得出的，而突变的最终结果是指在纠错机制作用以后的结果。被转入真核生物的基因没有相应的纠错机制，如果算突变机率，则被转入的这段基因的突变机率将高于基因组的其它部分。所以在相同突变诱导的条件下，则转基因作物的不确定性将进一步增高；

第三，传统作物的突变要成为性状改变，需要等位基因的“双重决定”，而转基因作物突变就可以影响性状，因此转基因作物的突变不确定性将远远高于传统作物。理解这一点可以参考有性生殖与无性生殖在突变率上的差别。因此，若考虑突变，则转基因作物的不确定性更应该高于传统育种。

你确定，能有多确定？

真核细胞和原核细胞几大基本差别，除了膜系统，其物质、能量及信息代谢都有很大的不同。除了理论上的，实验中那些工具酶能100%切干净吗？转基因后SB结果找不到两个相同，甚至相似带型的样品（如图一）[8]。若是“精确控制”，则相同的实验条件、相同的目标基因、相同的方法，相同的细胞材料，为什么没有相同的结果？

转基因后通过抗性标记筛选，只看目标蛋白，可以说“目不斜视”，到最后排除了可能表达的无关或者有害蛋白吗？2011年才查到几篇蛋白组学研究的结果，均发现不同程度的差异。差异蛋白的鉴定、测序及毒理学分析等，到现在为止没有看到。

生物技术战略的设想，美国早在1991年就提出；1992年通过某种程序成为正式的国家战略。如：“美国国家科技委员会下属的基础研究委员会生物技术研究分委员会日前发表了一篇题为《21世纪生物技术:新前沿》的长篇报告。报告认为,自从基因工程技术诞生后,出现了新生物技术。当今生物技术研究已进入“第二次浪潮。美国政府将重点把握四个领域的投资机会:①农业生物技术;②环境生物技术;③制造和生物加工;④海洋生物和水产养殖。四个领域的研究重点如下: 一、农业生物技术领域:1.继续对动物、植物、微生物基因组进行测序...[30]

美国科学家和军方及时地认识到，转基因技术是一个有“矛”而无“盾”的战略性、进攻性武器系统。研发这武器的一方，合乎逻辑地产生了“生物国防”即自我防护的思考。在2002年和2010年，美国两次部署了全国性生物国防计划。

1. 生物国防

美国第一次在2002年部署生物国防时，强调的是控制有毒害性的生物物质（转基因工程用到的物质材料）和设备，建立一个覆盖全面的管理系统，基本的原则是“事前预防”和“事后报告”，搞清家底，并且将控制的组织系统和报告制度常规化。美国第一次生物国防部署在时间上紧接“911”之后，起因同911后美国国内发生的邮件夹带白色粉末事件有关，部分粉末被证明为炭疽病菌，曾造成过一定范围的恐慌；这些白色粉末把炸楼恐怖主义和农业生物恐怖主义直接连接在一起。一年后（2002-6-12）通过的有关法令，名称竟然是《农业生物恐怖主义保护法》。

美国的第二次生物国防部署发生在2010年7月2日，名称是“最优化布萨特安全管理法”[31]。该法案对于目标是这样陈述的：

（1）一个有效利用BSAT而且强大的科学事业对于国家安全必不可少。

（2）安全措施的制定，需针对BSAT易于被误用、失窃和遗失以及意外泄露而导致风险这个特点。

（3）实施安全措施须在多部门间协调进行、在合法使用BSAT与所导致的负面影响之间把握平衡。

这个法案最引人注目之处，在于被动员的联邦部门数量达15个，[32]在于指定农业部和卫生部这两个非军方部门作为“生物国防”行动的联席主席，在于赋予这两个非军方部门自行决定动员更多部门参与“生物国防”行动的更大的权力。法案签署当年（2010-2011财政年度），美国为生物国防拨付的经费达600亿美元，超过了“沙漠风暴”这种中型军事行动的全部开支，而在这一年中并没有发生任何转基因生物技术袭击或布萨特泄露事件。在这600亿美元中，卫生部得到其中的60%以上；该法案还特别强调了“保护动物”；根据已知的信息，大规模使用转基因饲料喂养农场动物几年后，美国已经发生相当严重的动物生殖异常，某些农场母牛流产率高达45%。[33]

2. 美国方面有关生物国防思想的演进[34]

早在1994年06月，即美国批准转基因作物商业化上市开始之年，在美国国防部给国会的年度报告中，提出了关于核武器、化学武器和生物武器的发展情况报告。报告指出：未来主要的国家安全威胁之一，来自转基因技术武器；相对而言，该类武器的制造和使用都较容易，而发现和防卫该类武器攻击却足够困难。

因此，值转基因技术作物开始商业化和上市之际，美国国防部十分郑重地请求国会密切关注和支持“反击转基因技术攻击”的国防安全科研。[35]

1996年06月，美国国防部负责生物化学武器的部长助理办公室发表调研报告，说明：转基因技术有规模杀伤力、且已经可以充分地应用到生物武器和发动进攻；然而，目前的状态是，人们知道如何用转基因技术武器进攻，却不知道如何防御和治疗。在只有进攻能力、没有防御能力的条件下，转基因技术武器的威胁和危害就更为严重。因此，美国必须强化以转基因技术武器为主要内容的生物国防。[36]

2002年04月，美国空军的“反击科研中心”的学者发表了题为“下一代生物武器”和“生物学战争风暴的集合”的科研报告。报告说，下一代规模杀伤武器主要是基因技术、特别是转基因技术食品作物，而应用转基因技术武器所搞的“黑色生物学”的战争可能已经开始。[37]

2003年06月前后，美国卫生部和《自然》杂志分别转发了欧美专家合作的题为“阳光灿烂·转基因和生物武器”的科研报告。该报告回顾了两次世界大战和冷战时期的美国俄国两大阵营的生物武器发展，从社会生活角度阐明了转基因技术已经具备成为规模杀伤武器各种可能可行的事实，说明，该规模杀伤的特征是“静悄悄的死亡”，即可通过转基因食品作物直接作用于人类，或通过生态破坏等间接作用等手段，使某区域的（甚至某国全国的）居民不知不觉地、缓慢地、一个个或一批批地患上不治之症或发生生理异常、从本代开始或从遗传后代开始死亡。[38]

2011年05月，美国国防大学学者发表了题为“生物战争中的转基因作物武器分析”的报告，其中说：转基因食品作物的商业化，使转基因技术武器的制造和使用成为“市场便宜货”，一个中学生就可以在任何地方制造和使用转基因武器，因而使“转基因作物威胁”（GMO-THREAT）成为越来越严重的大问题；与此同时，转基因食品作物的商业化使相关安全防务变得越来越艰难。报告提出建议：要落实生物国防，就需要从基础建设开始，实施必要的改善改革，例如从监测框架开始，以防务意识为中心，强化转基因技术及其各种作物产品的危害风险的监测。[39]