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顾秀林:基因工程的理论基础已经崩溃

字号+作者:顾秀林 来源:红歌会网 2011-12-09 11:23 评论(创建话题) 收藏成功收藏本文

【按:此文原发以“道理讲得清,利益讲不清”为题,这次重发,换了这个题目,是想引起更多重视,也为我下一步做大众科普做铺垫。在微博上玩了一小段时间,深感大众科'...

【按:此文原发以“道理讲得清,利益讲不清”为题,这次重发,换了这个题目,是想引起更多重视,也为我下一步做大众科普做铺垫。在微博上玩了一小段时间,深感大众科普是我们自己义不容辞的责任。2011 12 8】ms5品论天涯网

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    生物基因工程[1]有三大用途,分别为基因治疗、农作物育种和基因武器。ms5品论天涯网

截止目前,转基因产品作为人类食品和动物饲料商业化销售的历史已有15年。中国是把转基因产品直接用于人类消费的第一大国。中国消纳了全球第一大转基因农作物——抗除草剂转基因大豆全部产量的半数。中国全部人类食用植物油的80%来自转基因的大豆和油菜籽;饲喂动物的豆粕、棉籽饼全部是转基因产品,甚至相当部分玉米也是非法的转基因产品。除此以外,中国还是全世界唯一计划实行主要粮食品种(水稻玉米)转基因化的国家。2009124日,有一家国际机构(ISAAA)的总裁,詹姆士.克莱夫,把中国转基因技术的应用模式比喻为“三驾马车”:植物纤维(棉花)、主粮(水稻小麦)和饲料作物(玉米),全部采用转基因技术。[2]ms5品论天涯网

这“三驾马车”模式的真正含义是:不久以后,中国农业将实现全面转基因化,并且会从此永远都转基因化。这是一条单行线、不归路。ms5品论天涯网

生物技术在农业方面的应用被大力推动,的确可以说是“来势汹汹”,卷入其中的利益集团的数量和涉及的受众之广,超过了以往的任何一种应用技术。不幸的是,所谓的农业生物技术——农业基因工程技术,或称转基因农作物育种技术,是一条彻头彻尾错误的技术路线,它蔑视生态平衡这个最高原则,它无视自然界的生殖屏障这个安全底线,它把陈旧过时、已被证明为谬误的生物学理论作为依据。半个世纪前出现的分子生物学、分子遗传学,概括起来是基于一种假说:一个基因唯一地决定一种性状(或一种蛋白质)。在这个基础上,“基因工程”派狂人的设想是:只要找到一个“好的”基因、把它插入一种目标生物,就能创造出一个新的物种、解决一个科学上的难题、满足一种人类需求。ms5品论天涯网

然而,当年曾经的理论前沿,在今日已被证明为谬误。生命科学30年来的进展,已经在实质上彻底颠覆了当年分子生物学的核心部分——遗传基因决定论。但是,以错误的理论体系为基础开发出来的所谓农业“生物技术”,仍然在大规模地推广应用,主要是因为,利益集团自始至终处于主导地位;利益、政治、科学、技术纠缠在一起。由此错误的趋势得不到遏制。ms5品论天涯网

基因工程技术的基础理论错误,在中国持续了两年的激辩中越来越清晰,转基因农业技术应用后伤害人类、伤害动物和毁坏生态的事件,不再是罕见事件、也不再是秘密。按照科学合理的逻辑,遵从人类古老的智慧——“预防性原则”,在前景不明了、风险无法把握的形势面前,转基因技术的商业化应用应当马上停止。但是事情决不会这么简单。尽管我国中央决策层已经叫停了转基因水稻的商业化计划(2011-9),在利益集团更加强力的推动下,中国农业全面转基因化的可怕前景不但没有改变,反而在利益集团更加疯狂的推动下渐行渐近。ms5品论天涯网

道理讲得清,利益讲不清。在农业技术的路线问题上,我国数届政府在十年以上的时期内,犯了一个致命的战略性错误:走农业技术高科技化道路——化学化、转基因化。怎样确认错误、退出错误路线,是我们无法回避的重大决策问题。ms5品论天涯网

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              基因工程的理论基础已经崩溃[3]ms5品论天涯网

支撑今日生物工程或者转基因技术产业的基础,是半个世纪前的分子生物学理论,代表性理论是1958年由弗朗西斯.克里克首先提出的“中心法则”,其核心为,(1生物信息在生命体内单方向流动,从DNA>RNA>蛋白质;但是上世纪七十年代初就发现了逆转录酶,表明还有自RNA逆转录形成DNA的过程,中心法则被证伪;(2)一个基因决定一种蛋白质,或者一种性状。最近30年来,生命科学发展已经证明:(1)生命体内生物信息的流动不是单方向的;(2)只有在极少数情况下,一个基因决定一种蛋白质,在绝大多数情况下,一个基因参与多种蛋白质的合成;一个蛋白质的合成也是需要多个基因参与。ms5品论天涯网

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。 ms5品论天涯网


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1 可变剪接 Alternative Splicingms5品论天涯网

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转基因大豆新品种早已“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。 ms5品论天涯网


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2 内含子 Intron)不一定无功能ms5品论天涯网

一个基因中包含内含子(Intron)和外显子(exon)。假设有一个“基因”的完整信息为: “inXXXXforXXmaXXXXXtion”,那么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(information)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”。ms5品论天涯网

  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了,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,会引起什么后果呢?谁也不知道。 ms5品论天涯网


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3 基因“有”次序 Gene Orderms5品论天涯网

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。 ms5品论天涯网


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4 横向(水平)转基因 Horizontal Gene Transferms5品论天涯网

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这种事情不会发生。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,有一个显著比例的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。ms5品论天涯网

  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。ms5品论天涯网


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5 蛋白质错误折叠 Protein Misfoldingms5品论天涯网

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。 ms5品论天涯网


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6 基因微阵列芯片测试 Micro-array gene chip studyms5品论天涯网

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。ms5品论天涯网

另外,新近发现的“第二套遗传密码”(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。ms5品论天涯网

30年前生物工程技术——转基因技术发端之时,生物科学界对以上所有的问题都一无所知,一无所知啊!ms5品论天涯网

危险万分的转基因农业技术,就这样在利益集团和政客的勾结之下,像洪水泥石流一样涌向市场。今天全球转基因农业技术产品的第一目的地,是我们中国——不论那玩意是在中国种的,还是在美国巴西阿根廷种的。今天中国笑纳了全球转基因大豆产量的50%。ms5品论天涯网

有很多糊涂的消费者,真以为“批准的就是安全的”,殊不知那个批准程序,不论在美国还是在中国,都是迷雾重重。当一个本来很简单的事情被搞得太复杂的时候,我们自己必须采取行动,把背后的那些事情搞清楚。这是我们自己的责任。ms5品论天涯网

向公众做宣传,也是我们义不容辞的责任。请读者继续关注。ms5品论天涯网


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[1] 生物工程即把人工改造过的微生物、植物或动物用作生物反应器,生产药用或食用蛋白质或次生代谢物并加以应用。ms5品论天涯网

[2] 2009124日,ISAAA报告。ms5品论天涯网

[3] 本节内容参考、引用了曹明华:《百科知识》杂志2011年第20期,见:http://www.qikan.com.cn/Article/bkzs/bkzs201120/bkzs20112006.html。此处引用的是作者博客文章。题目与《百科知识》略有不同,并加了参考文献。ms5品论天涯网

[4]Brackett, B. G., W. Baranska, W. Sawichi and H. Koprowski. 1971. Uptake of heterologous genome by mammalian spermatozoa and its transfer to ova through fertilization. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 68:353-357.ms5品论天涯网

[5]Chow LT, Gelinas RE, Broker TR, Roberts RJ (1977). "An amazing sequence arrangement at the 5' ends of adenovirus 2 messenger RNA". Cell 12 (1): 18.ms5品论天涯网

[6] 例如酵母(一种真核微生物)线粒体中编码细胞色素b基因(cob基因,又称BOX基因)的第二个内含子参与编码RNA成熟酶(RNA maturase);参见《分子遗传学》(孙乃恩、孙东旭、朱德煦 编著,南京大学出版社出版,19908月第一版)P228-231;免疫球蛋白(Ig)基因表达所需要的三个DNA序列之一—B细胞特异性的增强子即存在于mu重链和kappa轻链基因的内含子中,参见《分子遗传学》P358ms5品论天涯网

[7]Laurence D. Hurst, Csaba Pal and Martin J. Lercher, The Evolutionary Dynamics of Eukaryotic Gene Order, Nature Reviews Genetics 5 (2004): 299-310ms5品论天涯网

[8]见“Ricarda A. Steinbrecher and Jonathan R. Latham, Horizontal gene transfer from GM crops to unrelated organisms, GM Science Review Meeting of the Royal Society of Edinburgh on “GM Gene Flow: Scale and Consequences for Agriculture and the Environment”, January 27, 2003ms5品论天涯网

[9] 加拿大魁北克附近小镇,30名孕妇调查,毒理学杂志,2011-2.ms5品论天涯网

[10] 部分来源于真核生物的基因是包含启动子的,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,也在编码区中加入内含子——此处添加的内容来自一位批评者。ms5品论天涯网

[11]Srivastava, et al, Pharmacogenomics of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) and the cystic fibrosis drug CPX using genome microarray analysis, Mol. Med. 5, No.11 (Nov 1999):753-67ms5品论天涯网

[12]见 David Schubert, “A Different Perspective on GM Food, Nature Biotechnology 20, No.10 (October 2002):969ms5品论天涯网

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