第九章生物安全

.,第九章生物安全,.,.,.,.,.,.,.,第九章生物安全,20世纪53年，Watson和Crick对DNA双螺旋结构的阐明带来了70年代的重组DNA技术、细胞融合技术和转基因生物等基因工程技术。人们利用重组DNA技术鉴定和分离特有的基因，把它们增强并插入到其他生物体的遗传物质中去，从而改变这些生物体的遗传组成(转基因技术)。,.,50年来，基因工程发展迅速。二十一世纪将是生物技术产品销售的黄金时期。按保守的计算，2001年美国生物技术产品的销售额超过60亿美元，2006年将可达到200多亿美元。早在20世纪的70年代生物技术发展的早期，一些科学家就已对于重组DNA技术研究有关的生物学和生态学危机和对环境所带来的潜在影响表示担心。,.,他们认为生物技术产品，尤其是基因工程产品将可能给环境及人类健康甚至伦理道德各方面带来危机。20世纪80年代后期以来，“生物安全”这个专门名词出现了，并列入到1992年联合国生物多样性公约的条款中。公约生效后，在两次缔约国大会上生物安全的问题都是大会的主要议题。由此可见，生物安全已成为世界各国关注的焦点问题之一。,.,9.1基因工程的诱人前景,首先介绍目前国际上常用的个名词：GEO(Geneticengineeringorganism)是指经过遗传工程处理的生物体；GMO(Geneticallymodifiedorganism)是指经过遗传修饰的生物体，其含义比GEO更广泛，但目前多数还是理解为经过遗传工程处理的生物体；,.,LMO(Livingmodifiedorganism)是指经过遗传修饰的活生物体。虽然个名词不一样，但可广义理解为我国常称谓的转基因生物或工程生物。Rissler等在1993年报道，当时美国尚无一个转基因作物的产品被批准进入市场，虽然正在开发的已为数不少，其中包括水稻、玉米、棉花、大豆、花生、油菜以及南瓜、黄瓜和马铃薯等等。,.,在美国，基因工程的农产品要商业化得经过3个部门的审批，即美国农业部（USDA）、药物和食物管理署（FDA）和环境保护署（EPA）。经过USDA和FDA批准的第一个投放市场的产品是1994年由美国加州的生物技术公司Calgene用8年时间、耗费2000万美元、商品名为FlavrSavr的转基因番茄。,.,到1995年，经过上述3个部门批准或无异议的能步入商业化的转基因生物或疫苗迅速增加，还有1种抗除草剂的转基因油菜、2种抗除草剂的转基因玉米、1种雄性不育转基因玉米，2种抗玉米钻心虫（Bt毒素）的转基因玉米、2种抗不同除草剂的转基因棉花、1种改变成熟期的转基因番茄以及1种能提高固氮能力的转基因Rhizobiummeliloti已投入市场。,.,19911994年间，欧共体国家有311种GMO经法律批准向环境中释放，包括油菜、玉米、马铃薯、小麦等作物种类和桉树、杨树等共17个物种共291个GMO。释放作物最多的是油菜，计95次，其次为玉米58次，马铃薯41次，甜菜36次等等。释放的微生物共7种20个GMO，数量最多的是Pseudomonas7次，其次有5次等等，还包括转基因噬菌体M131次。,.,欧共体15个国家中，释放量最大的是法国93个GMO，其次为比利时59、英国50、荷兰44等等。根据欧共体下设的欧洲专门事务委员会签发的“GMO审慎地向环境释放”的命令，要商业化必须经大多数成员国的同意。到1995年底只有部分申请报告被批准，其中个是疫苗，个是抗除草剂烟草。,.,我国的抗除草剂、抗病毒、抗虫、耐盐等转基因作物有烟草、番茄、马铃薯、甜椒和大豆等等，并都已陆续向环境释放。突出的例子是1987年培育成功抗病毒烟草PK-873转基因烟草，8年来在国内11个点作大田试验，生长面积已超过3000ha(zhu等1996）。抗烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒的双抗转基因烟草在1992年已达到8000ha大田面积（Zhou等1995）。,.,根据Krattiger（1994）的报道，当时世界上只有美国和中国两个国家已批准为商业目的而大规模释放转基因植物。中国释放烟草面积已占整个烟草种植面积的5%，达100万ha。这是转基因作物在生产上大面积获得应用并且其抗病性状表现良好的第一个例子。,.,作为医疗目的或作物生物反应器目的的转基因动物研究也有很大进步（钱迎倩等1995）。最近美国佛罗里达大学的科学家向美国农业部申请要求释放第一个转基因的节肢动物螨。这种螨是草莓及花卉害虫蜘蛛螨的饲料。转基因螨内含有可杀死害虫的一种细菌的基因。总之，基因工程的应用前景广阔，它在疾病诊断、药物生产、环境保护及解决人口不断增长对粮食的需求方面将发挥较大的作用，并将产生巨大的经济效益。,.,9.2GMO潜在的风险,从重组DNA技术研究一开始就有人提出潜在的风险问题。尽管政府有关管理部门批准GMO产品上市，但争论及反对之声始终不断。1995年12月，GeneExchange上登载着当美国环境保护署批准抗虫转基因玉米和棉花商业化后，就受到环境保护团体及有组织农民的强烈反对。原因是抗虫基因均来自细菌Bacillusthuringiensis(Bt)，（bt基因是指苏云金杆菌(Bacillusthuringiensis,简称Bt)的伴胞晶体蛋白基因。）在1995年春天时批准的抗虫转基因马铃薯的抗虫基因也来自Bt，这样势必加速对Bt抗性的发展。,.,又如前面提到的第一个遗传工程节肢动物转基因螨的释放申请就遭到有关科学家联盟（UnionConcernedScientist,简称UCS）的抵制。指出：目前已有相当数量的转基因节肢动物正在研究或者将提出释放申请，包括地中海果蝇、蚊子、蜜蜂以及棉铃虫等昆虫，这些转基因节肢动物存在着巨大的潜在环境风险，因为它们繁殖快，数量大，起到一系列的作为害虫和传粉等的重要的生态学作用。,.,1994年11月在巴拿马举行的生物多样性公约缔约国第一次会议上决定，要设立一个由各国政府提名的15个专家组成的“生物安全”专家组。专家小组1995年5月在开罗开会，要提出一个背景文件供“生物安全问题不限成员名额特设专家组”审议。背景材料需包括审议生物安全领域内现有知识、经验和立法的信息。缔约国1995年11月在雅加达举行第二次会议时，秘书处提供一份实施（生物多样性公约）第条和第条的有关做法和经验的文本。,.,其中第54点指出：“从生物多样性公约的角度来看，生物技术产生的LMO引起的有关问题涉及的范围很广。它们包括：植物基因的稳定性、对非针对对象产生的影响、对生态系统过程的不利影响、基因改变植物潜在脆弱性等问题；基因改变、控制基因表现、预定和非预定的改变等问题；供体生物体的表现特征，例如竞争性、致病性和毒性等问题；对人类健康产生有害影响等问题。”,.,一、对环境可能带来的风险,到目前为止,已有很大数量的GMO正进入中试或大田试验,也已有一批产物达到商业化水平。GMO一旦大量地释放，将来在环境中消灭它们不仅要花费大量的资金,对某些GMO来说甚至是不可能的。大量释放GMO作物可能产生下列结果:基因作物本身可能变为杂草:杂草具有旺盛而顽固的生命力,从营养生长到开花这段时间可以非常短,如是多年生植物，往往有旺盛的营养繁殖或能在从断片中再生的能力，或可在靠近土表折断,以防止整个植株从土壤中拔出来;杂草花是自交的,但往往不是专性的自花授粉,而异花授粉的花粉是通过虫媒或风媒来传播;杂草种子具很长的保持存活的时期,只要生长条件许可，植物可连续不断地产生种子,并在很大的环境范围内传播种子等等。,.,不少作物已被人类驯化到离开人的耕作就无法生存的程度,例如玉米、小麦等。Colwell（1994a）认为这类作物不管怎样通过生物技术来改良，在生态学范畴内不会变成具有杂草特征的植物。而另一些栽培植物，例如一些高粱属的品种，在某些环境下本身就是杂草，而在另外的场合下它是作物。当在这类作物中插入一个抗病、抗虫基因，或转基因作物中基因逃逸时，可能会使本来在某些地区很安全的作物由于改变了其平衡而趋向于杂草化。又如甘蔗、水稻、马铃薯、油菜和燕麦等作物，它们本身就有其很近的杂草性近缘种，因此某些遗传上的改变就可能使作物成为杂草。,.,转基因作物使野生近缘种变为杂草：自然界不少作物的野生近缘种，由于受自然的制约在一定环境条件下并不以杂草的形式存在。可是一旦某一个GMO通过花粉的传播或GMO中基因的逃逸，把花粉引入野生近缘种，这种近缘种就会大量繁殖而变成杂草。在美国，野葫芦一类的南瓜近缘植物普遍存在，这些野葫芦并未成为杂草，原因是自然界中病毒的存在很可能是对野葫芦发展的一种制约。,.,1995年美国USDA和FDA已批准Asgrow公司的转基因南瓜上市。这是一种抗多种病毒的转基因南瓜，人们担心转基因南瓜的基因流入野葫芦，就会使原来对黄瓜斑纹病毒和西瓜斑纹病毒敏感的绿皮密生西葫芦（一种美洲野生南瓜）变成抗两种病毒的品种，从而大量繁殖起来而成为严重的杂草（钱迎倩等1995）。,.,按Mullner(1996)介绍，在1996年3月份Nature上发表Mikkelsen的文章，论及用抗除草剂glufosinate的转基因芸薹（Brassicanapus）与（B.campestris）作杂交的结果。将雄性不育的转基因芸薹作为母本与在丹麦是杂草在加拿大是作物的野油菜杂交，得到杂种后再与野油菜回交，结果是植株类似野油菜并有一部分是不育株。GMO的基因已经传播到杂草中去；抗除草剂性能自发地转移到近缘种杂草中去而产生“超级杂草”；抗除草剂基因跳到野生种去后，这种“超级杂草”不再能被任何一种除草剂所控制。,.,基因的转移或改变：美国亚利桑那大学教授1993年就指出，整合到植物基因组内的病毒外壳蛋白基因可以转移，并有和其它病毒发生重组而产生“超病毒”的潜在风险。美国密西根大学的科学家也得出类似的推论，他们把花椰菜花叶病毒外壳蛋白的基因插入豇豆时，发现125株豇豆中有4株又染上了花叶病。由此，他们认为插入转基因作物中的病毒基因可能与再接种病毒的遗传物质结合而形成新的病毒。这种新的病原体如再侵入其他重要作物的话，可能造成更大的危害（钱迎倩等1995）。,.,闻大中（1992）的文章中也列举了改变某些动物病原体的基因，可使该病原体的毒性增强或增加其对农药和抗菌素的抵抗力，或者因基因改变可使与动、植物共生的微生物具有致病力的例子。释放转基因微生物是一个更复杂的问题，目前绝大多数微生物尚未得到鉴定、定名或研究。人们知道微生物不同种、属之间的自然基因转移比较频繁，新插入的带有明显选择优势的基因有可能在大范围的微生物界传播，这会给对某一些转基因微生物的长期影响做评估带来困难（钱迎倩等1994）。,.,二、对人类健康的影响,转基因生物食品对人体健康可能带来的风险一直是人们所关心的问题。转基因油菜、玉米、马铃薯、大豆、南瓜和番茄的上市都是经过FDA批准的。但即使这样，也不可能完全消除人们的担心。美国第一个释放上市转基因番茄是在1994年6月，至今时间还非常短。吃下GMO食品后，对人体会有什么影响，风险又有多大，目前人们全然不知。但值得指出的是在作转基因作物实验中往往需要用标记基因，多数实验用的是卡那霉素一类的抗生素类物质。人们担心的是：这些抗生素类物质是否可能由转基因食品而转嫁到人体内？长期积累的后果又会是怎样？,.,三、伦理道德的争论,据不完全统计，至少有24种人体基因任意地转移并插入到各种生物体内。国际社会为此提出一系列问题：1、人类是否有权任意把任何数量的人体基因转移到其他生物中去？2、消费者是否愿意食用带有人体基因的食品？3、用人类基因做转基因工作有没有一个法定限度？等等。,.,突出的一个例子是，美国马哈里希国际大学（MaharrishiInternationalUniversity）的一位国际公认的DNA研究者、由康奈尔大学培养出来的分子生物学家JohnFagan博士在1994年11月举行新闻发布会，他站在伦理道德的立场，基于基因工程巨大的风险而反对基因工程，公开宣布放弃已争取到的185万美元科研资助费，呼吁国际社会对种系（germ-line）的遗传操作（既把新的基因引入到精子、卵或非常早期胚胎的DNA中去）暂停50年。,.,另一个例子是1993年成立了包括4位诺贝尔医学奖获得者在内的由科学家、律师、哲学家共50人组成的国际生物伦理学委员会，要起草一个有关保护人类基因组的国际公约，以广泛宣传遗传学进展可能给公众带来的问题。,.,四、生物技术与生物多样性,Colwell（1994）称生物多样性和生物技术为一对新的伙伴关系。实施生物技术特别是其中的转基因技术需从自然界的生物多样性中得到目的基因，经操作而获得转基因生物。这说明了生物技术对生物多样性密切的依赖关系，也可以说生物多样性是生物技术的先决条件之一。但反过来看，生物技术也为生物多样性的迁地保护、特别是遗传资源的保存提供了可靠的保证。各种优良种质的器官、组织、细胞或原生质体都可在超低温（-196）条件下加以保存。在植物方面，生物技术的发展还可保证在一旦需要时它们还能再生成完整的植株。,.,动物的胚胎或精子也都可利用这种技术来保存。生物技术上广泛应用的如PCR、RFLP、RAPD等等一系列新技术也在生物多样性保护研究中，特别是遗传多样性研究中得到应用。此外，植物组织培养是生物技术中相当成熟的一种技术，在生物多样性的持续利用，特别是对一些珍稀、濒危而具重要经济价值的植物保存可发挥重要作用，因为它可以利用这些植物的少量器官、组织甚至细胞、原生质体再生成完整的植株，结合快速繁殖技术进行大量繁殖，为人持续利用。,.,转基因技术创造的是自然界不存在的生物体，可以使地球上产生更多的品种以至物种。当然人们目前从事GMO研究的主要目的并不是着眼于增加地球上的生物多样性，而是从社会效益和经济效益出发的。从另一个角度看，GMO对一个生态系统来说本身就是一个外来种。引入外来种历来是被普遍采用的，有不少起好作用的例子，但也有大量的例子说明，外来种的引入对整个生态系统的破坏并造成不可估量的经济损失。黄舟维（1990）报道，福建省霞浦县东吾洋岸有14万亩滩涂，1985年从美国引进大米草用作护堤、喂牛并当燃料。,.,原先这块滩涂生态系统中具有物种200多种，又是多种鱼类的天然鱼库及全国养殖对虾、贝类的试验基地。引进大米草后，由于大米草繁殖力极强，生长茂盛，盘根错节，海水涨潮时滩涂生物被冲进草丛，退潮时却无法逃生，以至蛏、蛤、章鱼、跳鱼等许多产品已濒临绝迹，使该地区生物多样性下降，生态系统遭到破坏。由于浮游生物附着滞留在草丛中，致使人工养殖的牡蛎、对虾因缺乏营养而产量锐减，带来不可估量的经济损失。因为GMO释放的时间还短，目前还缺乏具体的例子。大米草在霞浦县是典型的杂草，如果GMO一旦变成杂草或“超级杂草”后，带来的后果是难以收拾的。,.,动物方面也有说服力的例子。1859年澳大利亚引进野兔作为野味。但近几年，由于野兔大量繁殖，大片的草地、丛林惨遭蚕食。野兔每年给澳大利亚的农业造成成千上万澳元的损失，并威胁着当地其他野生动物的生存。据估计，目前澳大利亚野兔已近5亿只，仅给羊毛工业造成的损失每年就超过8500万美元。这个例子再一次说明，任何对环境适应性强、繁殖力极快的杂草性动、植物，一旦引入一个生态系统后，消灭它不仅耗费巨资而且极为困难。,.,何新华（1992）指出，GMO对自然植物群落的影响可能产生更严重的后果。如插入Bt基因的杂草，会由于食草动物难以食用而加剧繁衍，稀有植物或同种内的遗传多样性也会由于插入Bt基因而不具有杂草特性而消亡，还可能引起昆虫种群的衰落或迁移，导致更为普遍的虫害，使生态系统的功能严重失调。此外，人们已可利用转基因植物作为生物反应器有目的地产生某些药物，但这些药物如果被其他生物摄食，将可能对这些摄食的生物造成危害，甚至死亡（钱迎倩等1995）。,.,中国是一个农业大国且地域广阔，不仅有极为丰富的作物或家畜家禽的近缘种，还有大量丰富的遗传多样性资源。为满足人口对粮食的需求，迫使农业向单一化的优质、高产品种的方向发展，这在客观上自然淘汰了大量具一定优良遗传形状的农家品种及其他遗传资源，造成遗传多样性不可挽回的损失。GMO的释放可能更加剧了品种的单一化，使农业处于进一步脆弱的状态。,.,总之，GMO在没有得到充分评估或采取措施前的释放对生物多样性的影响可能不是目前人们所能预料的。已有科学家们指出，要是听任转基因生物不加控制地进入自然环境中，最后会有一天人工物种可能取代天然物种，自然界的生物多样性，尤其是目前的一些珍稀濒危物种将在地球上永远消失。,.,五、生物安全的措施,有关生物安全的措施可从风险评估的科研工作、立法及加强教育与培训3个方面加以讨论。一、风险评估的科研工作对某些转基因生物可能带来的生物学或生态学的风险以及如何减少或克服可能带来的风险进行评估及必要的科学研究是很重要的。转基因作物要建立隔离区，对某些植物来说，隔离区的距离至少要几公里。题目为“经遗传修饰的植物和微生物大田试验生物安全结果”的国际会议已召开过3次。1990年在美国Kiawah岛召开；1992年在德国的Goslar召开；1994年11月在美国召开。,.,到1994年，国际上在风险评估方面的研究已有不少，按第三次国际会议的主要报告人法国科学家Deshayes(1994)的提法，从1986到1994年间，全世界已有1500个GMO做大田试验，但是对环境和人类健康的影响能确切回答的还很少。他强调了风险评估的长期性，认为目前没有影响并不能保证经过一段时间后仍没有影响。因此GMO释放后的长期监测性科研工作是不可忽视的。,.,二、立法生物安全的保证措施是对重组DNA技术及GMO从研究、释放到商品化进行立法。国际组织经济合作与发展组织（OECD）、粮农组织（FAO）环境规划署（UNEP)也十分关注生物安全问题。我国的第一个生物安全的法规是针对基因工程生产的药物，在1990年制定的“基因工程产品的质量控制标准”。1993年12月24日由国家科委第17号令发布的基因工程安全管理办法。,.,国外有关生物安全法规或指南的内容是具体的并具很强的可操作性。以德国为例，向政府有关部门提交转基因作物向环境释放的申请报告中至少要求提供以下三个方面的信息（Mullner1996）：有关GMO的分子数据和供体、受体(细菌和植物)、载体的DNA序列以及GMO的DNA序列等等。其中包括拷贝数、插入序列以及所有插入序列和功能性；有关释放到环境中的条件和GMO与环境可能的相互作用，包括对人体和动物的影响，对环境的影响以及对农业的影响；有关监督、控制、废弃物处理以及应急计划等等。,.,有关GMO作大田试验的要求至少有下列几点：与可能被授粉的作物要有200m的隔离距离，并每5年要对大田作一次检查；在GMO释放的周围要种3m宽的非转基因作物，以及使花粉的扩散性减到最小的程度；在隔离区内要清除所有的野生近缘种或种植转基因作物后残留在大田中的植株；对油菜来说要用各种农业措施，如轮作或尽可能把种子翻到深层土壤中去，以尽可能地减少残留在大田中的转基因作物的植株。此外，根据供体、载体及受体的风险的大小又分为四级，其中对个人保险措施，如眼、嘴及衣服等等都有具体而明确的规定。一般到第三级已具有很大的风险，故规定实验室中的衣服不允许穿到室外。,.,埃及有关部门发布的生物安全的法规与指南包括生物安全委员会及生物安全指南两大部分，并有7个附录。生物安全委员会分国家生物安全委员会及从事研究单位生物安全委员会两级。对国家生物安全委员会规定了以下5方面的任务：制定安全研究的政策及指南，包括实验室、温室、小规模大田试验直至商业化的释放；风险评估及执照的签发；协调国际、国内有关机构的各方面关系；提供培训和技术指导；每年要向政府有关机构至少递交一次报告。,.,国家委员会的组成人员有来自如农业、教育、工业、健康、环境等等个政府部门的代表，还有私营企业的代表、从事法律工作人员，政府决策者以及从GMO释放周围社团来的关心人体健康及环境、环境保护的非技术人员。第二部分生物安全指南包括了风险评估、安全水平及对实验室、温室及小规模大田试验的生物安全的指南，这些指南相当具可操作性。,.,三、加强教育与培训Driesel(1996)指出，在遗传部门和相关生产中心的遗传工程项目的领导、负责生物安全的官员、工业检验委员会的指导者以及其他工业界、大学、研究单位或政府有关人员都是应该参与生物安全培训的人员。课程的设置从理论到实践，共分为生物学、技术及法律基础3部分。1、从事与微生物有关的GMO工作者的生物部分课程有普通微生物、医学微生物、经典和分子遗传学、细胞培养、病毒