平家物语读后感:转基因的安全性在理论上并不成熟

转基因的安全性在理论上并不成熟

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。比如，有的转基因支持者认为转入的基因仅个位数量，而植物基因成千上万，不会对植物的基因组产生很大影响。这种说法有理由被怀疑是否做过相关实验。植物基因数量虽多，但并不会同时表达，而是受控表达，一个细胞里有“沉默的绝大多数”。然而为了表达效率以及易于检测等目的，人工转入基因的拷贝数通常比植物基因组高两三个数量级，而且带有为提高表达效率的通常来自慢病毒或噬菌体的强启动子，这就使得无论是基因量还是蛋白表达量，这个人工基因及其产物都是不可能被忽略的。如果真可以被忽略，基因改造所希望达到的目的也就随之消失了。 

转基因支持者经常提及该技术的“精确”，然而学习多年生物学，体会最深的就是没有什么生化反应可以用“绝对”来形容。它们往往是不完全的、处于某种平衡的和可逆的。我们假设一个精确的反应每一步99%的反应物可以变成产物，那么当五个步骤以后，终产物的精确性就只有约95%。由于生化反应都必须在温和的条件下进行，如果没有高效的酶催化，生化反应甚至无法发生。所以，决定生化反应精确性的就是酶。它们是一些具有催化功能的特殊蛋白质。酶至少由两个功能结构域构成，它们是带有识别特殊标记或结构的识别区，及结合后具有催化功能的结构域。由于既识别序列又识别空间结构，所以酶识别底物具有高度专一性。但是酶分子并不是刚性的，它们可以通过一些可变区来调节与底物的契合程度。从而酶识别的通常不是某个分子，而是某类分子。由于蛋白分子有这种即能紧密结合又具有可变性的特点，在细胞中那些需要精密度越高的催化过程，往往会有越多的蛋白分子或功能亚基形成复合体，来完成一项工作。比如负责DNA转录的RNA聚合酶II就是由多个亚基组成的大分子，其中仅有一个催化单元，而其它部分大概都是为了保证转录的准确性。说这么多只为表达一个观念，生物反应不是“一加一等于二”这种简单机械化的形式，这决定了生命体既能生存，又能对新环境做出适当调整。简单来说，生化反应不存在百分之百的精确。

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。