基因工程生物安全

1、 何谓基因工程？何谓基因工程？为什么发展基因工程？为什么发展基因工程？基因工程有哪些生物安全问题？基因工程有哪些生物安全问题？基因工程生物安全怎样管理？基因工程生物安全怎样管理？什么是基因什么是基因工程？工程？ 科学家为之痴狂，科学家为之痴狂， 艺术家为之灵感涌溢，艺术家为之灵感涌溢， 世界为之震撼世界为之震撼. 1953年年4月月25日，日，James Watson 和和Francis Crick在在Nature上发表上发表DNA双螺旋结构双螺旋结构。 DNA基因工程基因工程又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重组重组技术技术。 是在生物体外，通过对是在生物体外，通过对DNA

2、DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出胞内表达，产生出人类所需要的新的生人类所需要的新的生物类型和生物产品。物类型和生物产品。通过通过基因工程基因工程可把来自任何生物的基可把来自任何生物的基因转移到与其毫无关系的任何其他因转移到与其毫无关系的任何其他受体细胞中，可以任意改造生物的受体细胞中，可以任意改造生物的遗传特性，创造出生物的新性状。遗传特性，创造出生物的新性状。基因工程操作流程示意图基因

3、工程操作流程示意图由基因工程技术构建的且具有新遗传性状由基因工程技术构建的且具有新遗传性状的生物称之为的生物称之为“基因工程生物基因工程生物”、“转转基因生物基因生物”或或“基因工程体基因工程体” 。转基因食品转基因食品为什么发展基因工程？为什么发展基因工程？基因工程的诞生使生命科学发生了革基因工程的诞生使生命科学发生了革命性变化，标志着人类已进入改造命性变化，标志着人类已进入改造和创建新生命形态的时代，并展现和创建新生命形态的时代，并展现出其光辉的未来。出其光辉的未来。生命科学基础理论研究中的应用生命科学基础理论研究中的应用农林牧副渔中的应用农林牧副渔中的应用工业中的应用工业中的应用在医学中

4、的应用在医学中的应用在环境保护中的应用在环境保护中的应用 几乎在所有生命科学分支学几乎在所有生命科学分支学科中得到应用。科中得到应用。1.1.增加农作物产品的营养价值增加农作物产品的营养价值如增加种子、块茎的蛋白质如增加种子、块茎的蛋白质含量，改变植物蛋白的必需氨基酸比例等。含量，改变植物蛋白的必需氨基酸比例等。2.2.提高农作物抗逆性能提高农作物抗逆性能如抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草如抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能。剂等性能。3.3.提高光合作用效率从而提高农作物产量。提高光合作用效率从而提高农作物产量。4.4.生物固氮的基因工程生物固氮的基因工程。把禾谷等非豆科植物转变为能同把禾谷等

5、非豆科植物转变为能同根瘤菌共生，或具固氮能力，将代替无数个氮肥厂。根瘤菌共生，或具固氮能力，将代替无数个氮肥厂。5.5.增加植物次生代谢产物产率增加植物次生代谢产物产率。构成全球药物原料的构成全球药物原料的 25% 25% ，如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春新碱、治，如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。6.6.培育畜牧业和水产业新品种。培育畜牧业和水产业新品种。7.7.其它如肥料等。其它如肥料等。转基因植物转基因植物19951995年：年：7500万美元万美元1997年：年：3.6亿美元亿美元1998年：年

6、：16亿美元亿美元1999年：年：21-23亿美元亿美元2000年：年：30亿美元亿美元2002年：年：42.5亿美元亿美元2005年：年：80亿美元亿美元2010年：年：250亿美元亿美元转基因植物对未来农业将产生不可估量的影响。转基因植物对未来农业将产生不可估量的影响。050100150200250199519971998199920002010年 份亿 美 元“第二次绿色革命第二次绿色革命” Producing EnviropigsResearchers borrow a gene from E. coli bacterium that produces a phytase enzyme

7、 (植酸酶植酸酶), inject it into a fertilized egg, and rely on the animals normal reproductive system to deliver transgenic pigs. 啤酒酿造啤酒酿造白酒和黄酒的酿造和酒精生产白酒和黄酒的酿造和酒精生产干酪干酪“吃油吃油”工程菌工程菌纤维素酶纤维素酶饲料、养殖业及其他工业饲料、养殖业及其他工业酶制剂氨基酸维生素增稠剂有酶制剂氨基酸维生素增稠剂有机酸乳化剂，表面活化剂食用色素机酸乳化剂，表面活化剂食用色素食用香精及调味料、合成靛蓝、限制性内食用香精及调味料、合成靛蓝、限制性内切酶的生产

8、等，都可以采用基因工程微生切酶的生产等，都可以采用基因工程微生物生产而得到。物生产而得到。l1.1.基因工程用于生产蛋白质类药物基因工程用于生产蛋白质类药物 19821982年美国年美国 EliLilly公司推出基因工程制造的公司推出基因工程制造的人人胰岛素胰岛素（治疗糖尿病），商品名为（治疗糖尿病），商品名为Humulin。l干扰素干扰素治疗肝炎等病毒感染性疾病有良好疗效。治疗肝炎等病毒感染性疾病有良好疗效。1 1升发酵液中所得的干扰素相当于过去从升发酵液中所得的干扰素相当于过去从10001000升人血中所得，生产成本也大为降低。升人血中所得，生产成本也大为降低。l目前基因工程生产的蛋白质药

9、物已达数十种，目前基因工程生产的蛋白质药物已达数十种，许多以前不可能大量生产的许多以前不可能大量生产的生长因子生长因子，凝血因凝血因子子等蛋白质药物，用基因工程可能大量生产。等蛋白质药物，用基因工程可能大量生产。在大肠杆菌在大肠杆菌表达或酵母表达或酵母中表达中表达 人类药物生产人类药物生产 1982年美国首先将年美国首先将重组胰岛素投放市场，标重组胰岛素投放市场，标志着世界第一个基因工程志着世界第一个基因工程药物的诞生。药物的诞生。26年来基因年来基因工程的技术成果工程的技术成果60集中集中应用于医药工业，为生物应用于医药工业，为生物医药的发展带来一场崭新医药的发展带来一场崭新的革命。的革命。

10、l利用基因工程制备的利用基因工程制备的重组亚基疫苗重组亚基疫苗只含有病原物只含有病原物的一个或几个抗原成分，不含病原物遗传信息，的一个或几个抗原成分，不含病原物遗传信息，且这样的亚基疫苗往往效价很高，但决无感染毒且这样的亚基疫苗往往效价很高，但决无感染毒性等危险。性等危险。l在酵母中表达乙型肝炎表面抗原在酵母中表达乙型肝炎表面抗原HBsAgHBsAg产量可达产量可达每升每升 2.5 mg 2.5 mg ，已于，已于19841984年问世。年问世。l正在开发的正在开发的350350种生物技术药物中，种生物技术药物中，1/31/3以上以上用于肿瘤，其中有用于肿瘤，其中有3030种用于黑素瘤，种用于

11、黑素瘤，2020种用种用于结直肠癌，于结直肠癌，1313种用于乳腺癌，种用于乳腺癌，1313种用于前种用于前列腺癌。列腺癌。l正在开发的疫苗有正在开发的疫苗有7777种，用于预防或治疗种，用于预防或治疗AIDSAIDS、结直肠癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、结直肠癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、结肠癌、前列腺癌、多发性硬化、中风等。结肠癌、前列腺癌、多发性硬化、中风等。l正在开发的生物技术药物中，有正在开发的生物技术药物中，有2929种用于种用于HIVHIV感染、感染、AIDSAIDS相关疾病；相关疾病；1919种用于自身免疫性种用于自身免疫性疾病，其中疾病，其中1111种用于类风湿性关节炎、种用于类风湿

12、性关节炎、3 3种用种用于狼疮；于狼疮；8 8种用于血液疾病，其中种用于血液疾病，其中4 4种用于血种用于血友病，一种用于镰形细胞性贫血。友病，一种用于镰形细胞性贫血。 l人体基因的缺失或突人体基因的缺失或突变，导致一些遗传疾变，导致一些遗传疾病，应用基因工程技病，应用基因工程技术使缺失的基因归还术使缺失的基因归还人体，达到治疗的目人体，达到治疗的目的，已成为基因工程的，已成为基因工程在医学方面应用的又在医学方面应用的又一重要内容。一重要内容。4、特殊转、特殊转基因食品基因食品a)修复重金属离子污染土壤的基因工程菌修复重金属离子污染土壤的基因工程菌b)含酚工业废水中典型污染物的生物降解技术含酚

13、工业废水中典型污染物的生物降解技术c)造纸工业中木聚糖酶高效表达工程菌的应用造纸工业中木聚糖酶高效表达工程菌的应用d)石油产品的微生物脱硫技术石油产品的微生物脱硫技术e)农药残留的微生物降解技术农药残留的微生物降解技术f)合成友好可再生材料的微生物工程菌合成友好可再生材料的微生物工程菌g)新型秸秆发酵乙醇代谢基因工程菌新型秸秆发酵乙醇代谢基因工程菌基因工程有哪些生物安全问题？基因工程有哪些生物安全问题？young womanorold woman?基因工程是一把双刃剑，既可能成为基因工程是一把双刃剑，既可能成为推动人类进步的新动力，也可能成推动人类进步的新动力，也可能成为导致人类倒退甚至毁灭的

14、工具。为导致人类倒退甚至毁灭的工具。 “科学虽然伟大，但他只能回答世界是什么的问题，应当如何的价值目标，却在它的视野之外。” -爱因斯坦(爱因斯坦文集,北京商务书馆,1979,p3） 第一事件：广岛原子弹爆炸第一事件：广岛原子弹爆炸科学理论导致成千上万人的死亡。科学理论导致成千上万人的死亡。第二事件：第二事件：19651965年年寂静的春天寂静的春天一书的出版一书的出版揭露了大量使用有机氯农药所引起的严重揭露了大量使用有机氯农药所引起的严重后果。世界范围的环境污染威胁人类在地球后果。世界范围的环境污染威胁人类在地球生存以及地球本身的存在，向人类敲响了环生存以及地球本身的存在，向人类敲响了环境恶

15、化的警钟。境恶化的警钟。引起科学家良心危机的二大事件引起科学家良心危机的二大事件使科学家使科学家和公众对科学研究的社会后果，成果应和公众对科学研究的社会后果，成果应用对社会、人类和生态的影响严肃关注用对社会、人类和生态的影响严肃关注基因工程生物安全基因工程生物安全包括重组包括重组DNADNA技术在内的所有技术在内的所有对基因的操作对基因的操作及及其其生物体的安全生物体的安全l环境安全性环境安全性(damage to the natural environment) 转基因植物演变成农田杂草的可能性转基因植物演变成农田杂草的可能性基因漂流到近缘野生种的可能性基因漂流到近缘野生种的可能性对非目标生

16、物的影响对非目标生物的影响l现代农业生产安全性现代农业生产安全性(disruption of current practices of farming) 作物作物间的基因漂流作物作物间的基因漂流l转基因食品安全性转基因食品安全性(damage to human health) 过敏性过敏性抗生素抗性的水平转移抗生素抗性的水平转移外源外源DNA的食用的食用营养水平的改变营养水平的改变花粉花粉BtBt玉米玉米帝王蝶幼虫死亡帝王蝶幼虫死亡帝王蝶事件帝王蝶事件风蝶死亡风蝶死亡020406080100Day 2Day 4存活率Bt玉米花粉非B t玉 米花粉摄食Bt花粉叶片的幼虫重量平均只有无花粉叶片的5

17、0%l转基因植物育种的困难，只有少数品种转基因植物育种的困难，只有少数品种可以种植可以种植l外源基因的扩散外源基因的扩散lBartsch et al. (1994)：转基因甜菜可以通：转基因甜菜可以通过与一年生野生甜菜杂交而转变成杂草过与一年生野生甜菜杂交而转变成杂草 lKling (1996)：抗除草剂的基因转移到野：抗除草剂的基因转移到野生近源种生近源种l油菜油菜Brassica napus 的基因可转移到近源的基因可转移到近源种野油菜种野油菜B. campestris (Mikkelsen等等,1996)Leakage of GM proteins into soil很多植物分泌化合物到

18、土壤中，很多植物分泌化合物到土壤中，从而可能影响土壤中的根际微从而可能影响土壤中的根际微生物群落。生物群落。带有几丁质酶的抗真菌的转基带有几丁质酶的抗真菌的转基因作物，其遗传分解时可能因作物，其遗传分解时可能减少土壤中菌根的种群，使减少土壤中菌根的种群，使得土壤中的凋落物的分解受得土壤中的凋落物的分解受阻，从而阻滞了整个生态系阻，从而阻滞了整个生态系统的功能。统的功能。19981998年，英国苏格兰研究所的年，英国苏格兰研究所的Arpad Arpad PusztiaiPusztiai教授用转基因马铃薯喂老鼠，教授用转基因马铃薯喂老鼠，19981998年秋在电视上宣布大鼠食用后，引起年秋在电视上

19、宣布大鼠食用后，引起器官生长异常，体重和器官重量减轻，免器官生长异常，体重和器官重量减轻，免疫系统受损。疫系统受损。此事引起国际轰动。此事引起国际轰动。这是对这是对转基因食品提出的最早的，有所科学证据转基因食品提出的最早的，有所科学证据的质疑，并在英国及全世界引发了关于转的质疑，并在英国及全世界引发了关于转基因食品安全性的大讨论。基因食品安全性的大讨论。Pusztiai事件事件 19991999年年5 5月，英国皇家学会宣布此项研月，英国皇家学会宣布此项研究究“充满漏洞充满漏洞”，从中不能得出转基因，从中不能得出转基因马铃薯有害生物健康的结论。马铃薯有害生物健康的结论。l转基因食品的定量检测转

20、基因食品的定量检测l大量转基因食品的快速检测大量转基因食品的快速检测l加工后转基因食品的检测加工后转基因食品的检测l多种转基因成分混合后的检测多种转基因成分混合后的检测l转基因技术的发展发展将大大增加检测转基因技术的发展发展将大大增加检测的难度的难度基因工程生物安全怎样管理基因工程生物安全怎样管理我国现行基因工程生物安全法规我国现行基因工程生物安全法规 法规制定部门法规制定部门法规名称法规名称施行日期施行日期农业部农业部农业生物基因工程安全管理实施办法农业生物基因工程安全管理实施办法2006.01.17农业部农业部农业转基因生物安全评价管理办法农业转基因生物安全评价管理办法2002.03.20

21、农业部农业部农业转基因生物安全进口管理办法农业转基因生物安全进口管理办法2002.03.20农业部农业部农业转基因生物安全标识管理办法农业转基因生物安全标识管理办法2002.03.20农业部农业部兽用生物制品管理办法兽用生物制品管理办法2002.01.01农业部农业部兽用新生物制品管理办法兽用新生物制品管理办法1989.09.02国务院国务院农业转基因生物安全管理条例农业转基因生物安全管理条例2001.05.23卫生部卫生部新资源食品卫生管理方法新资源食品卫生管理方法2007.12.01卫生部卫生部转基因食品卫生管理办法转基因食品卫生管理办法 2002.07.01国家药品监督管理局国家药品监督

22、管理局关于颁布执行关于颁布执行中国生物制品规程中国生物制品规程2000年版的通知年版的通知2000.10.01国家药品监督管理局国家药品监督管理局新生物制品审批办法新生物制品审批办法1999.05.01国家质量监督检验国家质量监督检验检疫总局检疫总局进出境转基因产品检验检疫管理办法进出境转基因产品检验检疫管理办法2004.04.24国家科学技术委员会国家科学技术委员会基因工程安全管理方法基因工程安全管理方法1993.12.24国家烟草专卖局国家烟草专卖局烟草基因工程研究及其应用管理办法烟草基因工程研究及其应用管理办法2002.03.20农业转基因生物安全管理条例农业转基因生物安全管理条例于于2

23、001年年5月由国务院颁布实施。月由国务院颁布实施。条例共条例共8章章56条条第一条第一条 为了加强农业转基因生物安全管理，保障为了加强农业转基因生物安全管理，保障人体健康和动植物、微生物安全，保护生态环境人体健康和动植物、微生物安全，保护生态环境，促进农业转基因生物技术研究，制定本条例。，促进农业转基因生物技术研究，制定本条例。第八条第八条 国家对农业转基因生物实行标识制度。国家对农业转基因生物实行标识制度。l基因工程产品的源头在实验室，基因工程产品的源头在实验室，大量的研究工作也在实验室，大量的研究工作也在实验室，因此，实验室规范基因工程研因此，实验室规范基因工程研究是实现基因工程安全性的

24、基究是实现基因工程安全性的基本环节和重要场所。本环节和重要场所。基因工程基因工程实验室安全基本要求实验室安全基本要求基因工程工作安全等级基因工程工作安全等级l基因工程工作分基因工程工作分4个安全等级。与研究对个安全等级。与研究对象、采用的载体系统、转化方法等相关。象、采用的载体系统、转化方法等相关。级：不存在危险级：不存在危险级：低度危险级：低度危险级：中度危险级：中度危险级：高度危险级：高度危险l生物实验室分为生物实验室分为4个级别：个级别：BSL1、 BSL2、 BSL3、 BSL4。BSL1或或BSL2级：不需过滤空气，台级：不需过滤空气，台面防酸碱、耐热，有通风柜等面防酸碱、耐热，有通

25、风柜等BSL3或或BSL4级：特殊空气双过滤系级：特殊空气双过滤系统和排放液体的消毒系统。统和排放液体的消毒系统。基因工程实验室分级基因工程实验室分级每个基因工程实验室应制定每个基因工程实验室应制定有针对性有针对性的基因工程的基因工程操作安全规范指南。操作安全规范指南。了解基因工程基本原理、实验目的及所操作生物了解基因工程基本原理、实验目的及所操作生物的的属性属性。充分认识所用菌种、受体、载体、目的基因、基充分认识所用菌种、受体、载体、目的基因、基因操作方法和基因工程产品的因操作方法和基因工程产品的安全性安全性。根据基因操作对受体生物安全性的影响确定基因根据基因操作对受体生物安全性的影响确定基

26、因操作操作对安全性的影响类型对安全性的影响类型（I、II、III）。）。 基因工程实验室操作注意问题基因工程实验室操作注意问题 根据基因操作对受体生物安全性的影响确定根据基因操作对受体生物安全性的影响确定基因基因操作对安全性的影响类型操作对安全性的影响类型I、II、III。 （P137） 影响类型影响类型I：增加受体生物的安全性。：增加受体生物的安全性。 影响类型影响类型II：对受体生物的安全性没有影响。：对受体生物的安全性没有影响。 影响类型影响类型III：受体生物的安全性降低。：受体生物的安全性降低。详细记载实验过程：详细记载实验过程：受体生物；供体生物；目的基因的受体生物；供体生物；目的

27、基因的核苷酸序列；目的基因与载体构建的图谱；载体的名称、核苷酸序列；目的基因与载体构建的图谱；载体的名称、来源、结构、特性；标记基因或报告基因的大小、功能；来源、结构、特性；标记基因或报告基因的大小、功能；启动子和终止子的大小、功能等；目的基因与受体基因启动子和终止子的大小、功能等；目的基因与受体基因组整合及其表达的分子检测或鉴定结果；转基因性状及组整合及其表达的分子检测或鉴定结果；转基因性状及其产物的检测、鉴定技术；试验地点的位置地形图和释其产物的检测、鉴定技术；试验地点的位置地形图和释放隔离图；试验设计等放隔离图；试验设计等 。其他其他：在培养过程中，一个工作人员不得同时操作两种：在培养过

28、程中，一个工作人员不得同时操作两种不同的细胞或菌种；不要共用试剂、实验台；实验记录不同的细胞或菌种；不要共用试剂、实验台；实验记录污染的处理；生物材料的交流。污染的处理；生物材料的交流。 基因工程实验室操作注意问题（续）基因工程实验室操作注意问题（续）l基因工程生物垃圾处理：基因工程生物垃圾处理：生物垃圾与其他垃圾有什么不同？生物垃圾与其他垃圾有什么不同？从事基因工程工作的单位，应根据基因工程从事基因工程工作的单位，应根据基因工程工作进行的阶段和安全等级，制定相应治工作进行的阶段和安全等级，制定相应治理废弃物的安全措施和操作规程。理废弃物的安全措施和操作规程。 基因工程生物垃圾处理基因工程生物

29、垃圾处理生物材料和垃圾排放以前需生物材料和垃圾排放以前需高压消毒高压消毒。转基因植物品种的释放要求转基因植物品种的释放要求我国我国1997年颁布年颁布“农业转基因生物安全管理条农业转基因生物安全管理条例例”。从实验研究、生产加工、经营、进口出口。从实验研究、生产加工、经营、进口出口等方面对农业转基因生物进行详细规范。等方面对农业转基因生物进行详细规范。实验室研究结束后，进入中试。实验室研究结束后，进入中试。中试结束后，进入环境释放或正式生产。中试结束后，进入环境释放或正式生产。l转基因植物品种的释放主要考虑转基因植物品种的释放主要考虑是否会对是否会对自然环境自然环境和和生态系统生态系统造造成影响。成影响。基因工程药物投放的规则和要求基因工程药物投放的规则和要求l基因工程药物审批的一般程序（基因工程药物审批的一般程序（59年）年）实验研究：在实验室的工作，为以后大规模生产提实验研究：在实验室的工作，为以后大规模生产提供理论依据。供理论依据。小量试制：临床前的安全性和有效性试验，制定制小量试制：临床前的安全性和有效性试验，制定制造与检测的基本要求。造与检测