第四章转基因水生生物的安全性

第四章转基因水生生物的安全性第1页，共28页，2023年，2月20日，星期二第一节转基因水生生物概况转基因水生生物的研究始于20世纪80年代初，1985年首例转基因鱼在中国诞生,现已涵盖几乎各个类型的水生生物。转基因水生生物一旦释放到环境（开放水体）中，人类往往难以有效掌控，也引起人们对其安全性的顾虑，使转基因水生生物的商业化举步为艰。只有转基因罗非鱼的小规模商业化生产（英国）。由于转基因水生生物对水生生态系统的影响仍有较大程度的不可预测性，其安全性还不能得到切实的证明，需要更多的研究、监测和论证。第2页，共28页，2023年，2月20日，星期二一、转基因水生生物的发展概况1

已取得的成就1983-1985年，中科院水生所朱作言院士团队将人GH基因转入鲫鱼、泥鳅和金鱼受精卵，获得快速生长的转基因鱼；1997年，章怀云将红鲤总DNA导入草鱼受精孵得到体形和体色发生变异的个体。1998年,王铁辉将团头鲂总DNA导入草鱼受精卵，获得抗病力强的子代。其他成果包括：转GFP基因虾、转羊GH基因虾、转抗冻基因大西洋鲑、转人GH基因罗非鱼、转抗冻基因银大马哈鱼、转人GH基因虹鳟、等等

第3页，共28页，2023年，2月20日，星期二转“全鱼”GH基因黄河鲤(左)及其对照鱼第4页，共28页，2023年，2月20日，星期二草鲤鱼转基因虹鳟

虹鳟第5页，共28页，2023年，2月20日，星期二2

未来发展的趋势改良养殖性能：提高抗病性、抗逆性；加快生长速度，提高饵料利用率；耐高盐、耐低盐、耐冻、耐热、耐缺氧、耐污染。快速育种：精准转基因，可打破种间、属间、科间、动植物、动物与微生物之间的生殖隔离。生产医药制品：激素类药品、水生生物反应器生产重要的生物活性物质。研制不育转基因鱼或孤雌生殖转基因鱼防止转基因鱼与同类或近缘种杂交。第6页，共28页，2023年，2月20日，星期二3

尚待解决的问题技术还处于初级阶段，在定点整合、可控表达、转基因水生生物安全性等方面仍需完善和成熟。外源基因在受体细胞中的定点整合和可控表达：重点解决整合的随机性和拷贝数变异，因为只有极少数才能发生同源整合。PCR技术检测转MThGH基因红鲤各世代的转基因阳性率

检测世代P0代F1代F2代F3代F4代

阳性P0阳性F1阳性F2阳性F3

繁殖方式群体繁殖群体繁殖群体繁殖群体繁殖

检测鱼数1224222035

阳性数717171833

阳性率58.3%70.8%77.3%90.0%94.3%第7页，共28页，2023年，2月20日，星期二转基因水生生物的培育与繁殖性能：

生长是否正常？

成熟和繁殖能力是升是降？

转入基因的遗传稳定性？转基因水生生物应用的安全性：

生态安全—如何避免逃逸、如何防止成为入侵生物

食用安全—转基因表达产物如生长素或性激素对人

体或取食动物的安全性。转基因操作的安全性：

目的基因来源、结构、功能和用途；

克隆载体的来源、特性及安全性；

重组DNA的结构与复制、整合位置效应；

使用过程中的安全性。

第8页，共28页，2023年，2月20日，星期二二、转基因水生生物的类型1

转基因鱼人类食物消费对鱼的偏好、把鱼类当作食物蛋白质的重要来源、以及鱼类新品种选育的需要是转基因鱼的意义所在。

鱼类转基因研发的概况转移成功的目的基因：GH基因、干扰素基因、蛋白质基因、抗逆性和耐逆性基因；转“全鱼”基因鱼的技术体系：插入片段的各个构件（启动子、调控区和结构基因）都来自鱼类。转基因鱼的特点：材料来源丰富、操作管理方便、生

长发育可控性好。基因转移的主要方法：显微注射、电脉冲、精子携带

总体上，鱼类转基因研究仍处于发展阶段，商品化极少。第9页，共28页，2023年，2月20日，星期二2

转基因对虾转基因对虾的意义：丰富的蛋白质、矿物质、价格合适、需求量大，但对虾养殖业面临病害困扰以及品质退化使利用转基因技术解决新品种选育周期长、有用基因来源少等难题的一个重要的新途径。对虾转基因的方法：

显微注射法、电脉冲法、基因枪法、病毒介导法、精子载体法。存在问题：

技术问题—转基因效率低、不稳定、难重复、畸形多

材料问题—目的基因来源、表达载体效率、突变

安全性问题第10页，共28页，2023年，2月20日，星期二第11页，共28页，2023年，2月20日，星期二3

转基因贝类转基因贝类的意义：

贝类养殖作为新兴产业发展迅速，但种苗仍采自野生种，累代养殖已呈现退化，转基因贝类为培育生长快、品质优、抗病耐逆新品种提供了一个新的途径。贝类转基因的方法：

电脉冲—精子介导法、聚乙烯亚胺—精子载体法转基因贝类存在的问题：

精子载体转基因的机制不清楚；外源基因转导率低；外源基因与贝类基因的整合与互作机理。第12页，共28页，2023年，2月20日，星期二第二节

转基因水生生物的安全性评价转基因水生生物以转基因鱼为标志，是最早开展研究的转基因生物种类之一，但由于公众和学界对其安全性的顾虑，商业化应用远远落后于转基因植物、转基因微生物和其他转基因动物。转基因水生生物因其不确定性更多、难标记和追踪、易逃逸和扩散，其问题有其相对特殊的地位。由于水生生态系统的重要性和特殊性（交互扩散渗透、有害物质积聚、结构相对简单），易受外来因素干扰，对转基因水生生物的防范难度加大。转基因水生生物的安全性受到各国重视，但现行的生物安全法规主要是针对陆生动植物和微生物，对转基因水生生物的监管需要在法律法规和管理体制方面不断完善。第13页，共28页，2023年，2月20日，星期二一、转基因水生生物的安全性评价1

转基因水生生物的安全性评价的必要性和作用转基因水生生物安全性评价的必要性转基因水生生物的安全性已引起社会各界的广泛关注，从技术层面扩展了社会生活的各个层面。转基因水生生物的安全性不能单纯依靠科学技术解决，还必须有配套的法律、法规和行政监管。

水生生物多样性保护因水生生态系统简单性和脆弱性使转基因水生生物的商业化应用的安全性更加引起关注，必须进行全面和科学的评价。转基因水生生物安全评价的作用

为做出正确决策提供科学合理的依据；

消除公众的凝虑和误解，保证转基因水生生物的研发和应用健康有序发展；

维护环境安全和保障人类健康。第14页，共28页，2023年，2月20日，星期二2

转基因水生生物安全性研究的主要方面供体和受体的生物学研究：

形态、生理、生态、习性、行为等的安全与可控转基因操作过程的安全性分析：

目的基因、载体、导入途径等的安全性及准确性转基因水生生物的生物学特性研究：

与受体生物相比安全性高、低变化，危险因素？转基因水生生物的遗传安全性研究：

基因漂移的可能性、转基因的遗传稳定性转基因水生生物与其他水生生物的相互作用研究：

生态位、竞争、共生共栖、食物链、寄生、天敌计划释放转基因水生生物的水体的调查。第15页，共28页，2023年，2月20日，星期二生态安全问题：

逃逸、杂交扩散、对多样性的影响、生态平衡可能的扩散途径和防范措施：

主动扩散—因自身生存需要而在不同水域间转移

被动扩散—生殖回游和索饵回游、人类水利工程、

放养和引种驯化、洪灾等自然灾害消费安全：

食用安全、贮存安全、加工安全、添加物安全

实质等同性原则社会认同

经济回报、公众接受程度、历史宗教及文化心理、社会伦理、生物恐怖主义。

转基因产品的纷争是客观存在，关键是保障消费者的知情权和选择权第16页，共28页，2023年，2月20日，星期二3

转基因水生生物安全评价的标准和程序安全等级的四级分类标准I级—不危险；Ⅱ级—低度危险；Ⅲ级—中度危险；IV级—高度危险安全等级划分程序

供体、受体基因操作过程

转基因水生生物及其产品

释放环境后的影响及检测、监管、控制第17页，共28页，2023年，2月20日，星期二

确定受体生物安全等级→Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级↓↓↓确定基因操作对受体生→Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型↓物安全等级影响类型↓

↓↓↓↓确定转基因生物安全等级Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级↓↓↓确定生产、加工活动对Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型↓转基因生物安全性影响↓↓↓↓↓确定转基因产品安全等级Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级↓↓确定释放环境对安全性影响确定监控措施有效性↓↓综合评价的结论与建议第18页，共28页，2023年，2月20日，星期二二、转基因水生生物的安全管理1

基因操作安全性评价的内容第19页，共28页，2023年，2月20日，星期二2转基因操作的安全性转基因及其表达系统：目的基因编码的天然蛋白质的安全性；转基因构件及其序列或酶切图谱、转基因对受体动物及其近缘种的安全性；转录调控区、调控机理、及其对受体动物及其近缘种表达调控的影响。外源基因整合位置及其对受体基因组特定基因的影响：基因整合的位置、受阻断或缺失靶基因的功能，对受体动物生活力或生殖能力的影响。转基因及其表达产物的安全性鉴定：非目的基因片段对受体动物及其近缘种的安全性；目的基因表达产物的安全性。转基因体系安全性评价：主要针对病毒类载体。第20页，共28页，2023年，2月20日，星期二2

目的基因克隆、体外重组及转基因动物制备方法转基因动物生产中目的基因克隆和体外重组：

选择目的基因和载体的安全性；

组装完整的表达栽体的安全性；外源基因(目的基因)扩增制备、贮藏的安全性。转基因动物的制作方法：

显微注射—随机整合、插入突变；

精子载体法—体外授精法

卵母细胞内精子显微注射法

即将正常精子进行破膜处理后，与带目的基因的表达载体共孵育，然后通过显微注射注入处于减数分裂II期的卵母细胞质中，受精后将早期胚胎转入母体子宫内发育成后代转基因动物。第21页，共28页，2023年，2月20日，星期二逆转录病毒载体法：

逆转录病毒是一种单链RNA病毒，能直接感染宿主细胞，在细胞内病毒RNA反转录为DNA。整合到细胞基因组DNA中；

病毒DNA中段可被取代，重组后的DNA同样能够整合到细胞基因组DNA中，并能被转录和包装；

目的基因能以逆转录病毒为媒介转移至受体动物中，制备转基因动物。逆转录病毒载体法操作简单、效果稳定、外源基因整合率高、宿主范围广；但容量有限、难以整合进生殖系统；有可能激活某些有害基因(如原癌基因)或失活某些有用基因(如肿瘤抑制基因、细胞凋亡相关基因)。第22页，共28页，2023年，2月20日，星期二胚胎干细胞介导的基因转移胚胎干细胞是指囊胚期内细胞团中尚未分化的细胞，理论上是全能性的细胞，在一定条件下可分化为其他类型的细胞，也可发育成完整个体。

将目的基因转移入胚胎干细胞，再重新导入囊胚中，可培育出转基因动物个体，但得到的多是嵌合体，有些能传代表达目的基因。体细胞基因转移和克隆

以体细胞为转基因受体，导入目的基因后再进行体细胞扩增，将扩增的细胞作为供体，将其细胞核导入去核受精卵中，培养到胚细胞团后植入子宫发育为新个体表达目的基因。基因打靶法—直接将目的基因通过基因枪射入受体细胞，多拷贝进入，少数重组。

第23页，共28页，2023年，2月20日，星期二四、转基因动物产品的安全性评价1转基因动物产品安全性评价的内容转基因动物产品的稳定性；生产、加工活动对转基因动物安全性的影响；转基因动物产品与转基因动物在环境安全性方面的差异；转基因动物产品与转基因动物在对人类健康影响方面的差异。根据对转基因产品评价的“实质等同性原则”，对转基因动物产品的安全性评价是以在预期状况下使用不会对人造成伤害为基础，形成“以产品为基础”的管理模式、“以技术为基础”的管理模式和“兼顾技术和产品”的管理模式。第24页，共28页，2023年，2月20日，星期二2转基因动物产品的纯化与鉴定转基因产物的回收及生产批号确定

产物回收的过程(挤奶、放血、摘取器官)、程序及其安全措施有效性(无菌、洁净、保鲜、效价)；产品分离纯化过程、程序及安全措施的有效性；

确定生产批号的条件与标准：动物批量大小、收储时间；原料无菌过滤前经历时间、认可标准；产品质量及生产过程监测及检验方法每灵敏度。宿主动物的不定因子、产物组织来源及病原检测

不定因子或化学污染物存在及随产品分离纯化而浓集的可能性；潜在地含有病原体及在产品中残留的可能性；

检测方法的有效性及灵敏度。第25页，共28页，2023年，2月20日，星期二产品的同度与纯度分析及纯化产品批量投放检测

原料中已知的和可能存在的人类病原体检测；

终产品中免疫原和有毒物质存在与否及量值；

不同批次产品之间理化性质的均一性及效价；

杂质、污染物、免疫原等的检测结果。转基因动物作为组织供体的特殊问题

作为组织器官供体时出现致病病毒的可能性；

转基因动物组织器官