转基因技术及转基因食品安全探析

1基因工程技术的原理和操作步骤

1.1基因的本质与结构

基因是有遗传效应的DN断，DNA是英文Deoxyribonucleicacid的缩写，对应的中文名称是脱氧核糖核酸，它是一种生物大分子。DNA是由许多基本单位脱氧核苷酸聚合而成的，含有两条脱氧核苷酸长链，两条链反向平行盘绕成双螺旋结构。一个DNA分子上有许多个有遗传效应的单位，遗传效应可简单的理解为可以转录出相应的RNA（遗传信息载体）或能指导合成相应的蛋白质来执行相应的功能。当然，DNA分子中大多数片断都是非基因的片断，但它们不是没有用的，它们在基因的表达调控和基因的相互作用中起着重要作用。基因工程能实现基因在不同种生物之间的转移，其结构基础就是生物都具有相似的DNA双螺旋结构，DNA的组成也都相同。这样，试想一下，不同生物DNA分子重组的过程，就好比两个不同的梯子断裂后的重新结合，因为两个梯子的结构是相似的，就可以很容易的将它们拼接黏合在一起。

1.2基因工程的操作步骤和工具

基因工程是在分子水平进行实施的，需要专门的工具，常用的工具有三种，一是准确切割DNA分子的酶——限制性核酸内切酶（endonuclease）；将DN断再连接起来的酶——DNA连接酶；还有携带外源DNA（也叫目的基因）进入受体细胞（接受外来DNA的细胞）的运载工具——运载体。其中运载体若能运载目的基因进入受体细胞，其必须具有和目的基因一样的双链DNA分子结构。常用的运载体是质粒（plasmid）。质粒除了能携带目的基因外，还要具有选择标记基因（selectablemarkergenes），以便于将成功转基因的重组细胞筛选出来。常用选择标记基因有抗生素抗性基因（geneforantibioticresistance）等。基因工程的一般步骤可见图4，红色的DNA分子代表的是携带有目的基因（目的基因就是要研究和转移的基因，为图中紫色区域）的外源DNA分子，蓝色的DNA分子代表质粒，上面含有抗生素抗性基因（图中为黄色区域）。步骤大体分为四步：一是，获取含有目的基因的DN断和质粒；二是，切割外源DNA以获得目的基因，并将质粒上相应位点切开。质粒和目的基因两端露出黏性末端（stickyends），黏性末端之间通过碱基互补配对黏合上，再在DNA连接酶（ligase）的作用下将两者的DNA骨架连接起来，成为重组质粒，或叫重组DNA分子（recombinantplasmid）。当然，连接过程中，除了目的基因——运载体连接物以外，还会出现运载体——运载体连接物，目的基因——目的基因连接物等多种连接产物。需要后续筛选，才能获得预期的目的基因——运载体重组子（Desiredrecombinantplasmid）。三是，将连接后的产物导入到受体细胞中，图中的受体细胞是细菌（Bacterium）。若导入的受体是植物细胞，愈伤组织等，那么经培育和筛选获得的即是转基因植物。四是，利用质粒上标记基因的特点将含有目的基因的受体细胞挑选出来。标记基因在受体细胞表达，使转化细胞具有抵抗相应抗生素的能力，转化细胞能在抗生素的选择压力下存活，而非转化细胞则被抑制、杀死。植物基因工程中常用的转化方法是农杆菌转化法（Agrobacteriummediatedtransformation）。根癌农杆菌中含有Ti（Tumourinducing）质粒，其上有一段可转移的DNA称为T-DNA（Transferred-DNA），农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中，并且可以通过减数分裂稳定的遗传给后代，这一特性成为农杆菌介导法植物转基因的理论基础，见图5。科研人员将目的基因插入到经过改造的T-DNA区,借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物（尤其是水稻）中也得到了广泛应用。

2转基因食品安全性问题分析

2.1对转基因生物及食品存在安全性争论的原因

（1）由于科学发展水平的限制，目前科学家对基因的结构、基因间的相互作用，以及基因的调控机制都了解得相当有限。众所周知，一个生物体的DNA分子中含有很多个基因，尤其真核生物。DNA是细胞生物的遗传物质，控制生物的遗传性状，从中心法则（centraldogma）看出DNA要先转录出RNA，RNA再翻译出蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者，直接影响生物的性状即表现型。一个个体的发育过程就是组成个体的基因组在不同的时间和空间上的程序性表达，任何一个基因出错，都会极大的影响整体效应。真核基因表达调控机制很复杂，涉及到多种调控因子，多个层次和水平。（2）由于外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的，因此，在转基因生物中，有时候会出现一些人们意想不到的后果。上面提及的农杆菌转化法是目前转基因作物育种最常用的方法，也获得了不少成功的案例。农杆菌Ti质粒作为运载体起作用，其上的T-DNA（可转移的DNA）能够携带其上连接的目的基因一同进入宿主细胞，并随机插入宿主细胞的染色体DNA上，随染色体DNA一同复制和表达，就实现了目的基因在宿主细胞中稳定存在和发挥作用。这样，T-DNA的插入就可能破坏植物体原有的基因，使其不能表达。基因原有功能不能实现，就会改变细胞中原有的新陈代谢，这种代谢的改变可能是单一方面的，也可能由于基因间的相互作用，相互调控而影响多个代谢途径。

2.2转基因生物及食品可能存在的安全问题

由于上述两方面原因，因此有人担心转基因生物或食品可能存在以下风险：（1）可能含有已知或未知的毒素，对人体产生毒害作用；（2）可能含有已知或未知的过敏源，引起人体的过敏反应；（3）食品某些营养成分或营养质量可能产生变化，使人体出现某种病症；（4）滞后效应。这些人认为转基因植物的DNA经过重组后，可能合成出对人体有直接毒性或潜在毒性（目前还不清楚的毒性）的蛋白质，这些蛋白质可能会潜移默化地影响人的免疫系统，从而对人体健康造成隐性的伤害，食者在过了若干年或一两代之后，问题才显现出来。虽然，转基因农作物在科学研究、农田试种、大面积种植和商品化等各个阶段都要进行严格的安全性评估和安全性检测。但是，仍然有很多人对于“实质性等同”，即转基因农作物中只要某些重要成分没有发生改变，就可以认为与天然品种“没有差别”的这种看法不能完全认同，仍然觉得转基因植物存在诸多不确定性。当然，也有许多科学家持相反的观点，他们支持转基因食品。他们认为“转基因食品就是增加一个或几个对农业有用、对人体无害的基因。食物蛋白到肚子里被胃酸降解成各种各样的氨基酸，重新组成身体的蛋白质，对身体没有影响。蒸煮熟了更没有必要担心，原来的蛋白质经过高温已经变性了。上述两种观点都各有其一定的道理，但就笔者个人观点而言，转基因植物或食品的安全性还有待于时间的检验。首先笔者认为基因本身无害。因为自然界的人们每天都在跟外来的基因打交道，包括日常生活吃的米饭、蔬菜、水果、肉类等以及周围的细菌中都含有大量的基因，基因进入人的消化道后，会被其中的消化酶水解成小分子物质，这些小分子物质会被人吸收后用来合成自身的核酸。但是，现实中也有相反的实例，如海鲜中的蛋白质不仅没被降解，反而成了过敏原，这都需要科学的解释，希望能引起相关学者的思考。

3如何看待转基因技术

应该看到的是，科学发展到了今天，基因工程技术异军突起，使得许多从事基因工程研究的科学工作者不甘心就此罢手，强烈的需要将其科研成果转化为生产力。笔者认为，转基因作物商品化、转基因食品上餐桌是未来的发展趋势，至于利与弊就需要几代人来检验和证明它。

作者：王淑春 单位：哈尔滨市粮食研究所