基因工程应用及安全性

基因工程

田长恩Tel:133428866151基因工程1基因工程概论2天然DNA的制备3分子克隆工具酶4分子克隆载体5表达载体6PCR技术及其应用

7目的基因的制备8基因克隆的筛选策略10细菌基因工程11酵母基因工程

12植物基因工程

13动物基因工程

14基因工程的应用与安全9转基因及其表达214基因工程的应用14.1在医药上的应用14.2在农业中的应用14.3在环境保护中的应用14.4在工业中的应用3

14基因工程应用14.1在医药上的应用当前，转基因技术正受到国内外医学界的广泛关注，它在开发新药物、新原料和为研究疾病提供新手段等方面具有极大的潜力，并为防治危害人类的各种疾病（如传染病、内分泌疾病、恶性肿瘤和心血管疾病等）开辟了新的天地。414.1.1基因治疗原理

概念：将外源基因（正常、反义或自杀基因）导入体内以弥补所缺失的基因、关闭或降低异常表达的基因，以治疗遗传性和恶性肿瘤、心血管疾病及传染病等。

方法：主要用缺失功能蛋白质的反转录病毒载体进行基因导入。

过程：目的基因同载体连接、病毒颗粒包装、受体细胞转染、目的基因的整合。反转录病毒具有很高的转染效率，足以确保稀少的有缺陷的多能干细胞获得外源基因。基因治疗中最合适的受体细胞是能够自我更新的造血干细胞群体。从患者骨髓中取出这种细胞，在体外操作后，放回体内；肝和皮肤细胞，也可作为受体细胞。52）应用

A）遗传病：多数遗传病由单基因缺陷引起，传统医学无能为力。1990，NIH的科学家用反转录病毒作载体，把腺苷脱氨酶基因转至一名患ADA缺陷症女孩的淋巴细胞，使其先天缺损的免疫系统趋于正常。B）恶性肿瘤：“谈癌色变”。将肿瘤抑制基因（如P53,RB,WT1等）、反义基因或自杀基因导入癌细胞发挥杀伤作用，但对其他细胞毒性较低。这类载体已被改造，只攻击带有特殊标记的细胞，这样就可以运送常规的治疗蛋白。

C）传染病：“谈艾色变”。将编码CD4分子的基因导入上皮细胞及小鼠的成纤维细胞表达，可抑制HIV的繁殖。还有将编码艾滋病病毒RNA降解的核酸酶基因转染淋巴细胞，可以抑制HIV病毒的传播。利用类似的方法还可以治疗人乳头瘤病毒、巨细胞病毒及肝炎病毒的感染。65.1.2药用蛋白生产应用转基因技术生产药用蛋白，可以大幅度降低成本，提高产量。此外，还可以获得常规手段无法生产的特殊药物。1)基因工程药物自重组人胰岛素投放市场以来，已有60多种基因工程药物投放市场，年销售额达200多亿美元，主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核苷酸药物等，对预防和治疗肿瘤、心血管疾病、遗传病、各种传染病、糖尿病和类风湿疾病等有重要作用。7A)激素

重组激素主要为蛋白多肽类激素，批准上市有胰岛素、生长激素、促卵泡激素等。1979年克隆胰岛素基因。1982年，美国食品与药物管理局（FDA）批准重组胰岛素上市。在80年代初，确定了人生长激素基因的cDNA序列及在染色体上的位置。1985年美国FDA批准重组人生长激素上市。8B）细胞因子

细胞因子是由细胞分泌的能调节生物有机体生理功能，参与细胞增殖、分化和凋亡等过程的小分子多肽类物质。自1957年干扰素被发现以来，已有数百种细胞因子被发现，其中有数十种细胞因子通过基因工程技术获得表达并用于医学临床试验，批准上市的重组细胞因子产品也有十多种：干扰素（IFN）、集落刺激因子（CSF）、白细胞介素（IL）、肿瘤坏死因子（TNF）、趋化因子和生长因子（GF）等。根据其结构和来源可将干扰素（IFN）分为α、β和γ三种。美国于1986年批准工程干扰素α2a和α2b上市，β和γ也于1990年和1993年上市。中国预防医学科学院于1992年生产了我国第一个基因工程药物αlb型干扰素，并实现了产业化。9

白细胞介素（IL）简称白介素，是由多种免疫细胞产生的一类重要的免疫调节因子，在临床上应用较多的有十来种。迄今已发现多种白介素，分别以IL1～20表示。多种工程白介素上市或进人临床试验，主要用于治疗肿瘤及某些感染性疾病（结核杆菌感染、艾滋病）。基因工程IL2于1992年由美国Chiron公司生产并上市。IL2能促进T和B细胞增殖和分化，增强天然杀伤细胞的杀伤功能，促进多种细胞因子和细胞因子受体的表达，因而在机体的抗肿瘤和抗感染中发挥重要功能。在国内，军事医学科学院生物工程所与中科院上海生化所合作，研制出重组人IL2，能大量杀死各种癌细胞，对癌性胸、腹积水疗效达70％，对肾癌的有效率为22％，对各种肿瘤原发灶或转移灶的有效率达30％。

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红细胞生成素（EPO）由肾和肝产生，刺激造血始细胞分化为红细胞。瑞士的Cilag公司于1988年上市了工程EPO。生产EPO的关键是建立高表达工程细胞，由于糖基化的需要，只能用哺乳动物细胞如CHO细胞等进行生产。EPO主要用来治疗贫血等疾病，全球每年EPO的销售额达100多亿美元，是销量最大的工程药物。

干细胞因子（SCF）是糖蛋白，对骨髓造血干、始细胞具有刺激效应。目前，人重组SCF已完成临床试验并申请上市。SCF也可与其他细胞因子联合使用，以发挥不同的生理作用。如在临床上可与粒细胞集落刺激因子（GCSF）联合使用，刺激粒细胞的增殖。

表皮生长因子（EGF）广泛存在于体液，具多种功能，对多种细胞具有刺激效应、能促进新血管的生成。工程EGF产品已在美国上市，用于治疗外伤、溃疡、烧伤等。11C)疫苗、抗原、抗体

基因工程疫苗包括细菌疫苗（如痢疾、霍乱、伤寒、结核、产毒大肠杆菌、幽门螺杆菌）、病毒疫苗（包括亚单位疫苗，如乙肝疫苗；载体疫苗，如利用禽类痘病毒作载体制备的麻疹疫苗；基因缺失活疫苗，如缺失糖蛋白3的狂犬疫苗）和核酸疫苗（外源DNA可引起免疫应答而作为疫苗，如IL-2，TNF-α，IFN-γ）；寄生虫疫苗（正在研制，如疟疾、血吸虫和蛔虫）。

12利用植物生产药用蛋白

将目的基因插入病毒基因组中，在把重组病毒接种到叶片，外源基因会随病毒的复制而得到高水平表达，从感染叶片提取目的蛋白。用途：

疾病治疗：已经成功的有治疗口腔溃疡药的细胞表面粘性蛋白基因、链球菌抗原I/II的基因、鼠IgGI单克隆抗体Guy’s13、转基因植物源抗体聚糖的种类比鼠源IgGI聚糖的种类多、用转人胰岛素基因的马铃薯喂糖尿病小鼠，能引起胰脏炎症的明显降低和推迟糖尿病的发生。诊断：烟草中表达的人类流感病毒B核心抗原已成功应用于血细胞凝集测试。家畜疾病治疗：胃肠炎病毒（TGEV）可引起小猪急性腹泻。用编码TGEV糖蛋白S基因的N端全长序列转化拟南芥，转基因植物叶片提取物能使小鼠产生抗体。

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基因工程药用酶：生产具有药学活性的酶是转基因植物应用的另一迅速发展领域。世界上最昂贵的药是人类溶酶体葡糖胞苷脂酶，从人胎盘或CHO细胞中提纯，是治疗高歇氏症患者的唯一药用酶。因而利用转基因技术在植物中生产这种酶具有较高的经济价值。在植物中成功生产的其他口服酶还有胰腺脂酶-共脂酶复合物，这是胰腺功能不全的患者所必需的酶。

其他药用化合物：蓖麻毒素蛋白由蓖麻子产生，在治疗程序化细胞死亡的疾病中有广泛的应用。表达蓖麻毒素蛋白的转基因烟草能够生产重组蓖麻毒素蛋白。其他医学相关的化合物（包括人血红蛋白和胶原蛋白）也已经在植物中生产。1414.2在农业中的应用14.2.1转基因农作物利用基因工程技术改变作物的某些遗传特性，使它们获得新的丰产优质的遗传性状，如抗虫、抗病、抗除草剂和抗逆（干旱、盐、碱等），及改变果实的成熟期、花的颜色、改良食用部分的营养价值等。1）抗虫农作物把抗虫基因转入农作物，就能获得抗虫能力，从而避免使用昂贵且危险的化学杀虫剂。抗虫基因主要是苏云金杆菌的δ-内毒素基因（Bt）和植物源的抗虫基因(如蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、凝集素基因等)。15抗虫基因编码的杀虫剂的使用浓度比人工合成的要低的多，且具有高度的专一性，对人和家畜没有危害。Bt基因产物只作用于棉蚜虫的幼虫，而对成虫和脊椎动物无效。Bt基因已被导入棉花、马铃薯、烟草和番茄等多种植物中，获得抗虫效果。

植物蛋白酶抑制剂是一类含量较为丰富的蛋白质，分子量小，性质稳定，能抑制或减弱昆虫消化道的蛋白水解酶活性。按其作用特异性，蛋白酶抑制剂可分为四类：丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶类。不同蛋白酶抑制剂可以作用于特定的昆虫群体。应用较多的蛋白酶抑制剂豇豆CPTI基因，编码胰蛋白酶／胰凝乳蛋白酶抑制剂。把CPTI基因转化到其他植物，能有效地抵御多种昆虫的危害。大部分蛋白酶抑制剂具有热不稳定性，转基因植物煮熟后无害。在转化中利用组织特异性启动子使基因的表达局限于非食用部位，转基因植株安全。162）抗病毒农作物病毒感染使许多农作物的产量显著下降。据统计，美国西部每年因番茄花叶病毒（TMV）感染而造成的直接经济损失达5000万美元。而许多转基因植物在表达了病毒的外壳蛋白后，能极大地减弱病毒对植物的感染及传播能力。可能由于转基因植物中的病毒外壳蛋白把感染的病毒RNA分子包装起来，使之失去了感染性，可能由于过量表达外壳蛋白干扰病毒装配。应用农杆菌Ti质粒载体系统和叶盘转化技术，成功地将番茄花叶病毒外壳蛋白质（CP）的cDNA在番茄植株表达。用TMV感染，转基因番茄后代发病症状明显晚于非转基因番茄，同时还有一定比例的转基因番茄植株（4～47％）不出现任何感染的症状。把苜蓿花叶病毒外壳蛋白质基因导入烟草和番茄，也获得了同样的结果。

另外，将病毒基因组反义片段转入植物基因组，干扰病毒基因翻译或干扰病毒基因组的复制，也获得抗病效果。173）抗除草剂农作物抗除草剂农作物在农业上具有重要价值。把抗草甘膦的EPSPS基因导入植物，可使植物获得对草甘膦的抗性。其作用机理是，草甘膦可以抑制5-烯醇式丙酮基莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）的活性，而该酶的存在是莽草酸途径所必需的。因为莽草酸途径在酚类化合物生物合成过程中是很重要的，所以在大田中应用草甘膦，将破坏杂草的莽草酸途径，从而抑制杂草的生存，而转基因植物中EPSPS活性大大提高，从而能有效地抵抗草甘膦的毒杀作用。目前已经获得的抗草甘膦的转基因植物有烟草、矮牵牛、番茄、马铃薯、棉花等。此外还有许多抗除草剂基因已转化到植物中，使转基因植物对除草剂产生抗性。但新除草剂的不断涌现，会使已有的抗除草剂植物失去抗性，这个问题值得注意。184）抗胁迫农作物植物在强光、高温、干旱及涝害等逆境条件下，常会产生氧自由基等有害物质。将Cu/Zn超氧化物歧化酶（SOD）基因转到植物中，可提高植物耐受活性氧的能力。另外，分子伴侣（如HSP60、HSP70）能够在高温及其他逆境下防止细胞蛋白变性。如果将这类基因置于逆境诱导的启动子下，转化到植物中，将会大大提高植物的抗逆性。其他抗性基因正在被分离和鉴定。195)转基因细胞质雄性不育

杂种具有优势。杂交需要去雄，利用雄性不育及自交不亲和性可以免除去雄工作。已有烟草、油菜、棉花、玉米、花椰菜等转基因雄性不育植株的报道。将TA29-BARNASE嵌合基因（具有RNase的活性，在花药绒毡层中特异表达）转化烟草，获得的转基因植株与非转化植株相比在生长速度、植株高度、形态、开花时间、花色等诸多特性上均没有差异，但有92％的转基因植株无花粉。将TA29-BARSTAR（芽孢杆菌RNase抑制剂）转入含有TA29-BARNASE的转基因油菜中，BARSTAR蛋白与BARNASE高效结合，抑制RNase的活性，该植株的育性又得以恢复。因此这种技术具有广泛的应用前景。另外，反义RNA技术也已用于雄性不育的应用。206）抗真菌农作物几丁质是真菌的胞壁成分，利用转几丁质酶基因可获得抗真菌作物。尽管对转基因作物的安全性问题仍存在争议，然而转基因作物将是农业生产的一个发展领域。越来越多的迹象表明，这种技术的应用前景具有很高的商业价值。未来转基因技术在农业中的应用将逐渐从具有单一基因特性（如抗除草剂和抗虫性）的第一代转基因作物发展到着重于提高产品质量和多基因的第二代转基因作物，以获得较高的利润。遗憾的是，许多实验室条件下的成功技术，在大田实验中并非让人如意。2114.2.2转基因植物与日常生活

l)服装在非食品转基因作物中，最令人感兴趣的是棉花。除了抗除草剂和抗虫的棉花品种外，还有许多正在发展的具有其他特征的转基因棉花。如把编码色素的基因由纤维细胞特异启动子控制在棉纤维细胞中表达，使得棉纤维呈现颜色。有色纤维的应用不仅环保，而且节省人力、物力和财力。同样在棉纤维细胞中，如果在棉纤维细胞特异性启动子控制下引入塑料合成基因，如编码多聚羟基丁酸盐polyhydroxybutyrate的基因，这样在棉纤维细胞中就可以合成塑料。包含塑料核心的纤维能通过更高的热容和更低的导热性来提高其热学性质，可以制作绝缘衣服。另一提高衣服质量的途径是把含硫蛋白基因导人牧草中，羊吃了这种转基因牧草后能够提高羊毛的生长速率及羊毛的质量，从而间接地提高了服装的质量。222）园艺植物

第一个转基因园艺植物是淡紫色康乃馨。将类黄酮羟化酶和二氢类黄酮还原酶基因转化白色康乃馨品种，使康乃馨显现淡紫色。因此通过调控类黄酮生物合成途径中某些关键酶的基因，可以使花瓣产生全新的颜色。把从藻类中分离到的crto基因转到烟草，能够提高花蜜腺色素细胞类胡萝卜素的含量，使黄色花就转变成红色花。此外，转基因技术还能改良花卉外观品质和延长花期。3）食品和饮料

A）提高蛋白质质量：第一种方法是把限制蛋白营养的氨基酸合成的关键酶基因导入植物，或对某些蛋白质的功能进行修饰（如把蛋氨酸导入马铃薯中，以及对大豆中的球蛋白进行功能修饰）；第二种方法是添加一种全新蛋白，如人奶五酪蛋白基因。23

B）碳水化合物：改变糖类中直链淀粉和支链淀粉的比例、油和脂类物质中脂肪酸的饱和度及链的长度，从而有利于人类健康。

C）维生素：把编码八氢番茄红素合成酶的psy基因导人缺乏维生素A的作物。这种酶催化两个一磷酸香叶基分子头对头缩合成八氢番茄红素，即番茄红素的前体，番茄红素可以自发地转化成类胡萝卜素。同样，利用转基因的技术表达半乳糖醛酸内酯脱氢酶基因，可以提高维生素C的水平。

D）微量营养物

E）过敏原或毒素：降低食物中过敏原的水平，如在转基因水稻中成功地降低了水稻的14～17千道尔顿致敏蛋白。用相似方法来降低花生中致敏毒素蛋白的含量。24F）抗冻食品：为了提高草莓的抗冻能力，把一种来自北冰洋比目鱼的抗冻基因导入草莓中，这种转基因草莓在美国已经上市。当前，含有各种抗冻蛋白的转基因植株已经投放到大田中。但是具有长期应用前景的抗冻蛋白来源于植物，特别是已经在食物链中存在的抗冻蛋白。最近已经成功地把来自胡萝的AFP转入到烟草中，明显地提高了转基因烟草的抗冻能力。在变冷的过程中，诱导了这种蛋白的表达，从而使植物逐渐适应冰冷的环境。胡萝卜中AFP的积累阻止了冰晶的形成，避免损坏它在冰冻土壤中的根。

G）食品添加剂：除了非热量甜味剂（如果聚糖）外，蛋白甜味剂如应乐果甜蛋白、马槟榔甜蛋白和奇甜蛋白已经被引入到作物中以提高水果和蔬菜的口味。可以预测，将来可以用转基因的手段对其他调味剂进行修饰。

H）提高啤酒发酵效率和质量：把编码细菌热稳定葡聚糖酶基因的密码子修饰成相当于大麦中编码葡聚糖酶E1同工酶基因，在大麦a-淀粉酶启动子的控制下，这种修饰的细菌基因在转基因大麦中表达出一种热稳定性的葡聚糖酶，从而提高了发酵的效率。无色花色素还原酶基因的引人可提高啤酒产生泡沫的能力。2514.2.3转基因动物1983年美国将大白鼠生长激素基因注射到小白鼠受精卵内，经移植和胚胎发育成功地培育出“超级鼠”，其体重比一般小鼠增加2倍。许多研究运用反转录病毒为载体携带生长激素基因导入动物，相继培育出快速生长的转基因猪、羊、鸡、免和牛等。澳大利亚将羊毛α-角蛋白的主要成分半胱氨酸基因导入山羊，繁殖出转基因山羊；用富含编码含硫氨基酸基因的转基因苜蓿喂羊，使羊毛增产5％。我国已培育了个体较大的转基因金鱼、鲤鱼等。将牛的生长激素注射到乳牛或羊羔体内，可以改善食物的转换效率，提高蛋白质与脂肪的比例，生产出更加符合人们要求的较瘦的肉类。近几年来转基因动物研究的技术方法有较大的改进，新出现的方法有电转移法、精子载体法、基因直接导入法等。我国用鱼精子作为载体，将入生长激素基因导人鱼卵，表达效率为50％。表达人生长素基因的鱼苗比非转基因的鱼苗生长速度高出2倍。

利用转基因动物进行药物筛选。利用转基因技术建立药物敏感的动物品系以及产生与人类相同疾病的动物模型，再进行新药筛选。如抗肿瘤、抗爱滋、抗肝炎等病。26转基因动物反应器包括乳腺生物反应器：利用哺乳动物（牛、羊、猪等）乳腺的泌乳特性，通过基因工程在乳汁大量表达有用蛋白，如纤维蛋白原、人血清白蛋白、生育激素、抗凝血酶等。用血液生物反应器表达血红蛋白、抗体和非活性融合蛋白等。美国一大学利用转基因技术使转基因山羊和转基因小鼠分泌出人的tPA。美国公司已成功地培育出3头能生产人血红蛋白的转基因猪。荷兰一公司培育的一批转基因牛中携带着在奶中表达的人乳铁蛋白基因。我国科学家把乙肝病毒表面抗原基因注人家兔的受精卵中，获得了表达。将能够控制产卵率的促卵素基因导人动物体内，有可能培育出具有高产卵率特性的转基因家畜。这种促卵素基因是从澳大利亚绵羊中分离出来的，它能够提高绵羊的双胞胎和三胞胎的发生率。把这个基因导人其他牛和羊体内，可提高奶牛和母羊的产仔率。在正常的情况下，动物体内的激素水平最终是保持平衡的，因此，按照人类的主观要求人为地改变某种激素的含量水平，破坏这种平衡，将可能会带来一系列的麻烦。某些激素的内源储量水平被改变之后，可能也会影响到其他激素的水平，高水平的生长激素会使某些转基因小鼠的生育能力下降就是一个明显的例证。27转基因动物技术的缺点仍在于其较大的盲目性。由于外源基因引入受体细胞后可以随机插入受体细胞基因组中的任何位置，容易导致内源基因的破坏和失活，或激活有害基因的表达。另外，导入的外源基因的表达水平也难以预料。所以如何提高转化效率及基因的准确表达是人们应该努力的方向。14.3在环境保护中的应用特定转基因植物可以作为生物除污的手段，也就是说这类转基因植物可以净化自然污染或工业污染的土壤。如表达细菌汞还原酶基因的转基因黄白杨抗汞，其释放汞的水平高出非转基因植物约10倍。再如净化铝污染：把原在中国仓鼠中的屏蔽基因（即将重金属离子排出的基因）转到芜青的体内，可将铝留在植物根部，阻止它上运。具有生物除铝作用的转基因作物还有转基因芥菜，它能够提高对铝的抗性。此外，表达各种能够降解碳氢化合物酶的转基因烟草以及过量表达硝酸盐还原酶的某些转基因树，可以消除各类氮氧化物。2814.4转基因技术在工业中的应用

14.4.l生物能源和燃料在研究可持续发展农业系统时，我们应该注意到某些新的能源作物。如某些转基因速生树种（如杨树和按树）可作为供电站的原料，这些树种也可以直接作燃料。这类转基因树种主要是那些能过量表达纤维素合成酶基因或能过量表达纤维素酶基因（纤维素酶能使纤维素中的生物能转化成乙醇）的树木。14.4.2木质素和造纸纤维素的主要商业价值是作造纸的原料。木质素是杂聚物，在成浆过程中必须从纤维素中除去。现在，在许多转基因植物中表达了经过修饰的木质素，对于木质素的溶解和断裂非常有利，从而大大地提高了经济效益。同时,在非转基因植物中，木头的质地为白色，而在转基因植物中，由于松柏醛残基的积累，木头的质地呈现红棕色，这种颜色的树木适于制造家具，可以省略染色过程。2914.4.3生物可降解塑料第一种用转基因植物生产的生物可降解塑料是对多羟基链烷类（PHA），是由乙酸辅酶A生成的一种聚合物。最新报道表明，孟山都公司培育的转基因油菜发育胚的白色体内多羟基丁酸盐（PHB）的表达水平占成熟种子干重的8％。这种聚合体也已经在棉纤维细胞中表达，可制作绝缘衣服。众所周知，我们能够从橡胶树中不断地汲取树液。根据这个特征，如果把目的基因转化到橡胶树中，就可以非常方便地从转基因橡胶树中得到任何所希望的蛋白。此外，这种树能够很容易地进行营养繁殖，这不仅保证了快速获得商业利润，并且也能阻止转化的目的基因通过种子扩散而导致不利的影响。3015基因工程的争论和安全措施

15.1飞速发展的基因工程产业自Cohen和Boyer（1973）首创重组DNA技术以来，建立的以基因工程为代表的现代生物技术，被广泛应用于工、农、医卫、环保等领域，使生物资源更好地造福于人类。转基因农作物（GMO）具有增抗逆、丰产和优质的特点，是解决粮食匮乏的主要手段。依照现行粮食生产体制，地球能养活80亿人，预计2050年世界人口将达100亿，人类将面对粮食危机。因此，植物转基因的研究及其产业化开发已成为当前国际生物工程前沿的重要技术。大量的转基因食品正被制造出来，现在美国甚至有60％的零售食品中含有转基因成分。据统计，30多个国家开展相关研发工作，已获得了30多种转基因植株，50多个农作物基因工程品种投入商业化生产；全球转基因农作物面积1996年为170万公顷，1999年已达4000万公顷；1995~1998，GMO的全球销售额累计为238亿美元。31转基因动植物在生产上的推广应用，将有利于解决资源短缺、环境恶化、效益衰退三大难题。然而，任何科学技术进步的背后都潜在着对人类和生态环境的危害，如杂交育种技术的应用，已导致我国水域内纯自然进化而成的鲤鱼亲鱼大大减少。常规技术尚且如此，更何况基因工程技术。

与其他科学技术不同的是，重组DNA技术更是深入到了生物体的遗传本质，由于目前的科学水平还不能准确预测转基因在受体生物中的全部表型效应，人们对转基因生物出现的新组合、新性状及其潜在危险性的预见能力非常有限。转基因生物是否可能对环境和人类产生巨大风险或危险？这就使人们在享受基因工程技术的巨大惠益的同时，对这一技术的负面影响产生疑问、担心、甚至恐惧。随着克隆羊的诞生，生物技术的负面影响进一步深入到“克隆人”等伦理与道德问题上，更引起了世界人民的不安和焦虑。因此，基因工程安全性问题已经成为摆在我们面前不可回避的，非常严肃的，并且急需解决的重大现实问题。也就是说，加强基因工程安全管理已经成为基因工程研究健康发展的重要保障。3215.2对基因工程的争论1998年8月10日，阿帕德·普兹泰在电视节目中宣布，用被基因改造的土豆喂老鼠后，引起老鼠器官生长异常，体重减轻，及免疫系统遭受破坏。顿时引起英国上下对转基因食品的恐慌。但很快，普兹泰所供职的研究所宣布，这项未经出版的成果是不可信的，他因此很快被解聘。1999年2月，20名科学家在考察了他的报告后，联名签署了一份备忘录，指责该研究所对此科学家施压，呼吁在未能预见基因改造的生物体的危害性之前，暂停种植转基因作物。舆论再次哗然。于是，英国皇家学会组织同行对该他的实验进行评审。得出的结论是该实验从设计、执行到分析，6个方面都有缺陷，不应过早作出结论。但事情似乎远没有结束，此后，惊人的消息接二连三地传来。转抗除草剂基因大豆的防癌成分异黄酮减少了；用抗虫的转基因玉米分别喂饲玉米钻心虫和草蛉虫。实验结果，钻心虫的死亡率高达60％，草蛉虫的成熟期推迟3天。这些结果传达了具有震撼力的信息：转基因产品存在缺陷，尤其是转基因食品可能对人类健康有潜在危险。这是由于基因工程还不够成熟，存在着不确定性的问题。33

第一，基因工程尚不够完善，转基因生物并非十全十美。如孟山都公司的转Bt基因棉花，出现大批不抗虫植株；抗除草剂转基因棉花收获之前棉铃脱落，或者产生畸形棉铃；用基因技术改良后的番茄缺少原汁原味；一些人对某些转基因农产品过敏。

第二，基因工程产品存在着不确定性和破坏环境的风险。如抗除草剂基因可能传给其他作物和亲缘较近的杂草；由于转Bt基因作物整个生长周期都高水平地产生毒素，种植这类转基因作物可能会增大选择压力，促进害虫对Bt的抗性。

第三，基因工程产品具有特殊的性质。与没有生命力的化学物质不同，很多基因工程产品可以繁殖、突变、迁移，一旦释放出去，就不可能收回，轻率地利用基因工程可能会对生态系统造成不可逆转的破坏，这使得人们对基因工程产品的使用持极其慎重的态度。

基因工程还可能对社会和经济造成动荡和不安，尤其是农业混乱，甚至一种生物产品就足以造成巨大的负面影响。

另外还有伦理和宗教因素。某些宗教信仰虔诚的人认为，人工操纵基因是不道德的。特别是最近出现的基因诊断，将会使人类对自己的后代作出选择，从而干扰人类进化的历程。34

反对生物工程的活动。美国的一些环保主义者、科学家和农场主组织，要求政府停止资助有关抗除草剂植物的研究，呼吁禁止向森林和农田中引入转基因抗除草剂植物，并要求农业部限制这类植物出口到其他国家。两大婴儿食品公司宣布不再采用基因改造食品作原料。2000年3月，美国爆发了反基因改造食品大示威，3500人走上街游行4小时。使本来颇有些神秘的转基因食品，迅速变成了一副颇为恐怖的模样。希腊的绿色和平主义者与环境部的官员谈判，使得环境部官员许诺停止审批新的转基因作物研究。在印度，农民焚烧孟山都公司的两块实验地，原因是转基因作物中采用了“雄性不育”技术，不能自己留种，一些农民怀疑这种“雄性不育”的植物跟人接触后也会使人患上“不育症”。

支持生物工程的活动。2000年1月24日，由联合国《生物多样性公约》秘书处发起的生物安全问题国际会议在加拿大蒙特利尔市开幕。世界上600多名转基因技术专家发表联合声明，强调转基因技术对农业、保健和环保事业大有好处，人们目前对转基因技术的顾虑缺乏事实依据。科学家们一致认为，与杂交技术和其他的传统育种方法相比，基因工程在将遗传材料转入一种植物时具有更大的精确性。传统的育种手段需要成百上千次的对功能未知的基因进行35杂交、分离和重组，不理想性状的基因常常伴随着好的性状基因。譬如，1958年美国由传统的育种方法选育的马铃薯品种Lenape，含高水平茄啶糖忒毒素而退出市场；芹菜新品种，含高水平psoralen，可引起皮疹等病，而于80年代被中止使用。较之其他，采用基因工程所开发食品引起过敏反应的风险即使不是零，亦要小得多，因为基因工程在进行食品开发生产时至少具有一个相关的目标——它新转入的是蛋白质和酶的副产品（基因工程亦常将致敏素从食品中除去）。与此相反，评价任何一种食品整体的潜在过敏性反应几乎是不可能的。

美国医学协会认为转基因作物和食品实质上与常规食品相同，对健康并没有长期影响，已批准使用。该协会针对人们对转基因食品存在的顾虑，承认政府、本行业，以及科技和医学部门都有责任教育公众，并使公众能方便地获得关于转基因作物及其有关科研活动的不带偏见的信息。该该协会还认为至今尚没有合乎科学的根据来要求转基因食品安上特殊的标签。该协会进一步承认美国国家科学院1987年发表的白皮书“将重组DNA工程生物引入环境”继续有效。它还支持对转基因食品进行系统化的安全评估，并且鼓励采取下列行动：36①开发并确认可用于检测和（或）评估非预期作用的额外技术。②继续使用可用于检测转基因食品的营养或毒性水平的实质性变化的方法，作为现实的公正性检查的一部分。③开发并使用可供替代的转化技术，尽可能避免使用作为临床用药的抗生素的抗性标志。④优先进行关于食品变态反应的基础理论研究，以支持开发用以认出潜在的变态反应原的更好的办法。

世卫、粮农及经合发展组织发表了强有力的声明支持作物的安全性。最近，6个国家的科学院（美国、英国、巴西、中国、印度和墨西哥）及第三世界科学院又发表了一个联合声明，不但表示支持基因工程，而且要求各国的公司、政府和慈善团体把生物技术推广到发展中国家去。

世界正越来越公平和透明，人们已经或正在要求着更多、更大的知情权，促成了人们对新事物认知程度和理解方式的不同，这正是世界对于某种新生事物产生争论的一个重要原因。基因工程诞生在这样一个年代，存在争论是正常的。科学技术往往是一把双刃剑，有利有弊。解决它的办法，除了科学家的良心道德外，更重要的是建立一套严密完善的法规，加强对基因工程的安全管理措施。3715.3生物安全的争论带来的全球关注和影响（自学）为预先防范和控制转基因生物可能产生的各种风险，保护全球生物多样性和人类健康，联合国环境规划署和《生物多样性公约》秘书处从1994年开始组织制定“生物安全议定书”，适用包括由现代生物技术产生的、拟作田间和商品生产的转基因活生物体的越境转移。《〈生物多样性公约〉的卡塔赫纳生物安全议定书》开放签署。欧盟15国农业部举行的非正式会议上，争论的焦点是欧洲能否发展转基因产品，因为它直接影响到欧洲未来食品的模式与安全。法国农业部长让·格拉瓦尼建议，欧洲继续加强对转基因产品的研究，但在未取得令人信服的研究结果前，不要轻易发展转基因产品。然而，一些国家认为法国的建议太过谨慎。欧盟负责保健和消费者事务的委员戴维·伯恩表示，从原则上说，发展转基因产品并不是件坏事，他希望欧盟各国农业部长能够勇于承担责任。欧盟农业委员弗朗茨·菲施勒则更明确地表示，欧洲需要转基因产品。

38在对待转基因生物安全性的态度上，美国的开放和欧洲的小心翼翼形成了鲜明的对比。在美国从牛奶、奶酪到水果、蔬菜、玉米、大豆等主要作物以及牲畜等，都有转基因生物存在。美国批准了35种转基因作物进行田间试验而欧洲只批准了9种（全是1998年3月之前）。欧盟近年来没有批准多种转基因生物的释放。

美国的公众对转基因的生物持乐观态度，希望科学的发展能为社会提供更好的生活环境和条件，相信权威机构的认可。欧洲公众比较保守，不希望有风险的新生事物给传统带来冲击。98年，由于公众的反对，在奥地利种植欧盟批准的转基因作物的计划流产。由于对转基因食品持不同立场，美国和西欧国家之间频繁地爆发贸易冲突。1998年10月起，欧盟禁止转基因产品进口。然而美国、加拿大等国不接受欧盟提出的质疑。在1999年于哥伦比亚召开卡塔赫纳的《生物多样性公约》临时缔约国会议上欧盟提出，应标识转基因农产品，在认定某种转基因产品对健康有害时禁止进口。但是遭到以美国为首的“迈阿密集团”的断然拒绝。由于欧洲食品商的抵制，美国对欧盟的大豆和玉米出口分别从1998年的1100、200万吨下跌到1999年的600、13.7万吨。因此，不少人指出，对转基因农产品的争论来自科学、政治和经济（即欧洲的贸易保护）。3915.4基因工程安全措施面对众多消费者对转基因的疑虑和反转基因组织的强大压力，各国政府已经做出反应。

立法与执法：1976年，美国政府授权NIH制定了第一个实验室基因工程法规——《重组DNA分子实验准则》。此后，20多个国家相继颁布了此类法规或准则。与此同时，国际上也开展了对生物安全的协商和谈判。国际组织和各国政府对转基因生物，尤其是农业生物遗传工程体及其产品对人类及环境的影响和安全性等问题十分关注，并采取了一系列严格措施，对农业生物遗传工程体从实验研究到商品化生产进行全程安全性评价和监控管理。如美国在原有相关法律基础上，增加了重组DNA技术及遗传工程的内容，并由FDA、农业部、动植物检疫局及环保局受理和监控。美国环保局规定，在大部分玉米种植区，普通玉米的种植量不得少于20％；在棉花种植区，如果要部分种植玉米的话，普通玉米至少要占玉米种植量的50％。国际协调组织，如经合、工业发展、粮农和WHO等均在积极协调，试图建立为多数国家所接受的生物技术产业统一管理标准和程序。40贴示GMO标签，以尊重消费者的知情权。欧盟、日本、澳大利亚和新西兰规定要对农作物标示其是否含有转基因成分；在北美，对来源于基因工程的食物进行的安全性评价是以“物质实质相当”的原则为基础的。要求研究者和制造商提供充足的科学证据，来证明该种新食品与现有的食品一样安全可靠。迄今，已有40种以上的来自于转基因生物的食品通过了美国和加拿大的新食品审批。在美国，基因工程作物的商业化必须经过USDA、EPA、FAO的层层审批；对于用基因工程生长素处理过的奶牛产的牛奶，目前仍然要求加贴特殊标签。美国的《食品标签条例》适用于来源于基因工程的食品，该法律不要求标签中注明食物生产的方法（如利用基因工程），因为注明生产方法并不能提供有关食物成分或营养特性以及安全性的信息。规定转基因成分的混入上限。如欧盟规定在1％、日本在5%以下。4115.5我国的生物技术发展及其安全问题15.5.1我国的生物技术的重大进展

1996，中国水稻研究所首次研究出抗除草剂转基因杂交稻。1997，抗早熟转基因番茄上市。1999，中国水稻所与浙江钱江生物化学股份有限公司联合组建了浙江金穗农业基因工程有限公司，正式拉开了将转基因水稻推向产业化的序幕;转基因山羊体细胞克隆羊诞生，转基因试管牛问世。2000，湖南农大，转基因