基因工程生物安全讲稿下半年

1、 1生物安全意识的匮乏，是中国发生基因工程生物安全的最大隐患 你想过基因工程的生物安全问题吗？23在世界范围内，生物安全管理都是一个全新的课题。在中国，这个任务显得更加艰巨。尽管“生物安全”已经不再生疏，但来自国家生物多样性保护部门的信息称，生物安全管理尚存在许多问题，有待进一步加强，以便更好地预防和控制基因工程师生物可能产生的不利影响。加强生物安全管理，不是“应该”，而是“必须”。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？4什么是什么是基因工程？基因工程？羊海

2、牛5 DNA“genetic engineering”的概念最初是由J. Williamson (19082006)在他于1951年出版的科幻小说Dragons Island里提出的，但20世纪70年代就诞生了真正的基因工程而不是科幻了。6 科学家为之痴狂， 艺术家为之灵感涌溢， 世界为之震撼. 1953年4月25日，James Watson 和Francis Crick在Nature上发表DNA双螺旋结构。 DNA781980年培育出世界上第一个转基因动物（小鼠）1983 年第一株转基因植物问世。1986年首批转基因作物被批准进行小规模田间试验。1994年美国Calgene公司研制的转基因延

3、熟番茄首次进入商业化生产。9全球转基因作物种植面积趋势10基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的新的生物类型和（或）生物产品。11从分子水平上干预生物的遗传特性12通过基因工程可把来自任何生物的基因转移到与其毫无亲缘关系的任何其他受体细胞中，可以任意改造生物的遗传特性，创造出生物新的性状。13基因工程的步骤14由基因工程技术构建的且具有新遗传性状的生物称之为“基因工程生物”、“转基因生物”或“基因工程体” 。转基因食品1

4、516 合成生物学是通过人工 设计和构建自然界中不存在的生物系统（即人造生命）来解决材料、能源、环保等问题。2010年5月22日，美国学者文特尔宣布首个合成生命诞生！17以文特尔教授为首的科研团队把生物支原体作为研究对象，在分析自然的支原体基因组(DNA)序列、解读其基因结构和相互关系的基础上，用计算机重新设计了尽管相似、但确实不同的一个新基因组，这一人工合成的基因组“替换”了自然支原体原先的基因组，“接管”了细胞的所有活动，不但存活并能不断繁殖。“这是第一个人造细胞”，“地球上第一个父母是电脑，却可以进行自我复制的物种”。基因工程生物安全中的基因工程泛指一切由基因拼接技术和DNA重组技术所导

5、致产生的生物体和重组DNA或RNA，包括如构建载体、基因敲除体、基因工程体、基因工程产品等。 18为什么发展基因工程？为什么发展基因工程？19基因工程的诞生使生命科学发生了革命性变化，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和创建新生命形态的时标志着人类已进入改造和创建新生命形态的时代。代。20基因工程的应用 生命科学基础理论研究中的应用 农林牧副渔中的应用 工业中的应用 在医学中的应用 在环境保护中的应用21（一）在基础研究中的应用 几乎在所有生命科学分支学科中得到应用。22（二）在农业上的应用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

6、白质含量，改变植如增加种子、块茎的蛋白质含量，改变植物蛋白的必需氨基酸比例等。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、抗除草剂等性能。如抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能。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根瘤菌共生，把禾谷等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。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 2

7、5% 25% ，如治疗疟，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。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。23转基因植物转基因水稻在中国还没有商品化种植，棉花种植面积最大 2419951995年：7500万美元1997年：3.6亿美元1998年：16亿美元1999年：21-23亿美元2000年：30亿美元2002年：42.5亿美元2005年：56亿美元2010年：250亿美元转基因植物对未来农业将产生不可估量的影响。0501

8、00150200250199519971998199920002010年 份亿 美 元转基因作物的全球销售额变化“第二次绿色革命” 2526 Producing EnviropigsResearchers borrow a gene from E. coli bacterium that produces a phytase enzyme (植酸酶), inject it into a fertilized egg, and rely on the animals normal reproductive system to deliver transgenic pigs. 27（三）在工业中的

9、应用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28饲料、养殖业及其他工业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食用香精及调味料、合成靛蓝、限制性内切酶的生产等，都可以采用基因工程微生物生产而得到。2930（四）在医学中的应用1.1.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人公司推出基因工程制造的人胰岛素胰岛素（治疗糖尿病），商品名为（治疗糖尿病），商品名为Humulin。 干扰素干扰素治疗肝炎等病毒感染性疾病有良好疗效

10、。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，生产升人血中所得，生产成本也大为降低。成本也大为降低。 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生长因子生长因子，凝血因子凝血因子等蛋白质药物，用基等蛋白质药物，用基因工程可能大量生产。因工程可能大量生产。31在大肠杆菌表达或酵母中表达 32人类药物生产 1982年美国首先将重组胰岛素投放市场，标志着世界第一个基因工程药物的诞生。28年来基因工程的技术成果60集中应用

11、于医药工业，为生物医药的发展带来一场崭新的革命。332. 基因工程用于疫苗生产 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，且这样的亚基疫苗往往效价很高，但无感染毒性等危险。效价很高，但无感染毒性等危险。 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产量可达每升产量可达每升 2.5 mg 2.5 mg ，于，于19841984年问世。年问世。34 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，1/3

12、1/3以上用于肿瘤，其中有以上用于肿瘤，其中有3030种用于黑素瘤，种用于黑素瘤，2020种用于结直肠癌，种用于结直肠癌，1313种用于乳种用于乳腺癌，腺癌，1313种用于前列腺癌。种用于前列腺癌。 正在开发的疫苗有正在开发的疫苗有8080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、结肠癌、前列腺癌、多发性、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。硬化、中风等。 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种用于自身免疫性疾

13、病，其中种用于自身免疫性疾病，其中1111种用于类种用于类风湿性关节炎、风湿性关节炎、3 3种用于狼疮；种用于狼疮；8 8种用于血液疾病，其中种用于血液疾病，其中4 4种用于血友病，一种用于镰形细胞性贫血。种用于血友病，一种用于镰形细胞性贫血。 35363. 基因工程用于基因治疗 人体基因的缺失或突变，导人体基因的缺失或突变，导致一些遗传疾病，应用基因致一些遗传疾病，应用基因工程技术使缺失的基因归还工程技术使缺失的基因归还人体，达到治疗的目的，已人体，达到治疗的目的，已成为基因工程在医学方面应成为基因工程在医学方面应用的又一重要内容。用的又一重要内容。374、特殊转基因食品38（五）环境保护a

14、)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3940以设计生命为例：通过对现有的、天然存在的生物系统的 分析和研究，完全可以进行重新设计、制造新的生物系统，使解决能源、材料、健康

15、和环保等问题不再是神话。1、生产新生物能源。科学家提出用地球上越来越多的二氧化碳为原料，取代玉米等粮食作物来制造甲烷，其转化器是一种专门的人造生物。美国人利用大肠杆菌生产柴油和汽油，技术上已获得成功。文特尔声称，这样的新能源生产方式将完全取代传统的以石油为中心的化石能源工业体系。412、生产新药、加速疫苗研制，提高医疗水平。传统遗传工程都是利用基因的直接产物蛋白质，现在不仅可以设计新的生物细菌来生产，还可生产非蛋白质的生物有机物。目前，科学家利用这一技术研发具有广泛保护作用、抵抗复杂多变病毒的疫苗，美国能在24小时内生产出新的候选疫苗。再如青蒿素，原来只有中国产的青蒿才能生产它，提取费用高，通

16、过合成生物学方法，美国现在用改造的大肠杆菌工业化生产青蒿素，降低了成本。另外，制造特定的工程细胞，用于治疗，传递治疗药物，还可以使一些恶性细胞“改恶从善”。423、生产食品。利用合成生物学技术生产蛋白质和维生素等。以杨树为例，消化其木质素非常困难，很难转换成糖和酒精。通过改变杨树的基因组，把木质素转换成纤维素，纤维素变成糖和酒精就容易多了。欧洲现在通过变换杨树的基因组，可以直接发酵，制造糖，尽管现在还不能食用。434、解决环境问题。“人工细菌”同样可以大显身手，监测土壤、工厂、河流、海洋和大气中的污染，并分解这些污染物，达到净化环境的目的。总之，合成生物学技术将在各领域产生新的产品和应用。总之

17、，合成生物学技术将在各领域产生新的产品和应用。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？44young womanorold woman?45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，也可能成为导致人类倒退甚至毁灭的工具。46 “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） 47引起科学家良心危机的三大事件第一事件：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。第二事件：德国纽伦堡审判旨在发现真理的科学发现可以以如此不人道的方式进行，违反基本人权。第

18、三事件：1965年寂静的春天一书的出版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生存及地球本身的存在，向人类敲响了环境恶化的警钟。48引起科学家良心危机的三大事件引起科学家良心危机的三大事件使科学家和公众对科使科学家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的影响严肃关注49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技术在内技术在内的所有的所有对基因的操作对基因的操作及其及其生物体的安全生物体的安全5051基因工程生物的安全性问题生物安全大致分为3个方面： 一是指对人类健康的

19、安全； 二是指对人类赖以生存的农业生物安全； 三是指对与人类生存有关的环境生物安全。52基因工程生物的安全性问题 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自然生物类群的影响对自然生物类群的影响 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 转基因食品安全性转基因食品安全性(damage to human

20、 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营养水平的改变营养水平的改变53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5455565758591998年，英国苏格兰研究所的Arpad Pusztiai教授用转基因马铃薯喂老鼠，1998年秋在电视上宣布大鼠食用后，引起器官生长异常，体重和器官重量减轻，免疫系统受损。此事引起国际轰动。这是对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基因食品安全性的大讨论。Pusztiai事件60 1999年5月，英国皇家学会宣布此项研究“充满漏洞”，从中不能得出转

21、基因马铃薯有害生物健康的结论。61“玉米妈妈”怎么办？玉米是墨西哥人的衣食父母，当地土著称其为“玉米妈妈”。墨西哥是玉米的起源地和品种多样性集中地。1998年，墨西哥政府禁止种植转基因玉米。但由于北美自由贸易协定，墨西哥每年从美国进口大量转基因玉米。2001年自然称：墨西哥偏僻的瓦哈卡山区的野生玉米受到了转基因玉米DNA片断的污染。可能是由于从美国进口的转基因玉米包装上没有标识所致。论文发表后，绿色和平组织等立即呼吁墨西哥禁止美国转基因玉米的进口，并强调，“如果不尽快采取措施，墨西哥玉米宝贵的生物多样性资源将遭到破坏”。62中国大豆怎么办 中国的大豆与墨西哥的玉米具有很多相似之处：墨西哥是玉米

22、的起源地和品种多样性集中地，中国则是大豆的起源地和品种多样性集中地，有6000多份野生大豆品种，占全球的90以上；墨西哥的玉米约有1/4是从美国进口的，而中国去年进口大豆近1400万吨，数量与国产大豆持平，其中大部分是转基因大豆。63中国目前没有批准转基因大豆的商业化生产。但是，从运输到加工的过程中，也可能会有一部分转基因大豆遗落到野外或者被农民私自种植。“比如说，加工厂里面有很多农民工，他们如果喜欢进口大豆，偷偷拿一些回家去种，”联合国生物多样性公约中国首席科学家、国家环保总局南京环科所研究员薛达元也指出，如果种植转基因大豆，野生大豆一旦受到污染，中国大豆的遗传多样性可能丧失。64基因工程生

23、物安全怎样管理基因工程生物安全怎样管理65生物安全是一个系统的概念，即从实验室到田间、到餐桌，从研发活动到经济活动、到社会活动，从个体安全到区域安全、生态安全、到国家安全。生物安全又一个动态的概念，它所涉及的内容有一定的时间和空间的范围，又随着自然界的演进、社会和经济活动的变化而变化。6667基因工程生物安全工作一般包括安全性的研究、评价、管理和交流等几个方面。其中安全性评价（又称风险评价）是安全管理的基础和核心，其主要目的是从技术上分析生物技术及其产品的潜在危险，确定安全等级，制定防范措施，防止潜在危害。68 由于基因工程工作所涉及的生物及其基因种类、来源、结构、功能、用途和接受环境等常有很

24、大不同，所以其安全性评价采取个案评审的原则，即对于每项基因工程工作和每个转基因产品，根据受体生物、基因操作、转基因生物的特性、转基因产品的预期用途和接受环境等，综合评价其对人类健康和生态环境可能造成的潜在危险，确定其安全等级，提出相应的监控措施。69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，因此，实验室规范基因工程研究是实现基因工程安全性的基本环节和重要场所。70基因工程实验室安全基本要求71基因工程工作安全等级基因工程工作分4个安全等级。与研究对象、采用的载体系统、转化方法等相关。级：不存在危险级：低度危险级：中度危险级：高度危险72生物实验室分为4个级别：BSL1、 BSL2、

25、 BSL3、 BSL4。BSL1或BSL2级：不需过滤空气，台面防酸碱、耐热，有通风柜等BSL3或BSL4级：特殊空气双过滤系统和排放液体的消毒系统。基因工程实验室分级73 每个基因工程实验室应制定有针对性的基因工程操作安全规范指南。 了解基因工程基本原理、实验目的及所操作生物的属性。 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安全性。 根据基因操作对受体生物安全性的影响确定基因操作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74 根据基因操作对受体生物安全性的影响确定基因操作对安全性的影响类型I、II、III。 （P137） 影响类型I：增加

26、受体生物的安全性。 影响类型II：对受体生物的安全性没有影响。 影响类型III：受体生物的安全性降低。75l 每个实验室内的各种菌种、细胞，需要实验室主任同意后方可转让或赠人 l 基因工程生物安全管理办法应随着基因工程技术的发展不断修改和完善。76详细记载实验过程：受体生物；供体生物；目的基因的核苷酸序列；目的基因与载体构建的图谱；载体的名称、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放隔离图；试验设计等 。其他：在培养过程中，一个工作人员不得

27、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）77 基因工程生物垃圾处理：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。 基因工程生物垃圾处理生物材料和垃圾排放以前需高压消毒，不允许长时间搁置（最好立即处理）。78转基因植物品种的释放要求我国1997年颁布“农业转基因生物安全管理条例”。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。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。79转基因植

28、物品种的释放主要考虑是否会对自然环境和生态系统造成影响。80包括一些研究人员在内，国内许多人还没有意识到生物安全的重要性2001年，有人在审阅国内某研究单位一位研究人员的稿件时惊讶地发现，该研究人员未经主管部门批准，自行引进阿根廷的转基因大豆，并分发到其他单位试种国家环保总局的一份资料还警告说，一些国外公司可能钻中国立法不完善、管理不统一的空子，将中国作为“转基因生物的试验场”81基因工程药物投放的规则和要求基因工程药物审批的一般程序（59年）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。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。中间试制：动物实验，期、期、期和

29、期临床试验。试生产和正式生产。82基因工程药物生产环境的要求(GMP认证) GMP(good manufacturing practice for drug)各国政府对本国医药业进行审评的标准。 生产必须在洁净环境中进行：避免生物、微粒和热源污染 密封舱 洁净区83转基因食品贯彻实质等同性原则和标签原则 如果某种新食品或食品成分与已经存在的某成分在实质上相同，那么在安全性方面，前者可以和后者等同处理，新食品与传统食品同样安全。 我国转基因食品卫生管理办法规定：食品产品中(包括原料及其加工的食品)含有基因修饰有机体或/和表达产物的，要标注“转基因XX食品”或“以转基因XX食品为原料”。 84我国

30、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1989.09.0

31、2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国家质量监督检验检疫总国家质量监督检验检疫总局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.

32、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2002.03.2085Why do we need to concern much on the biosafety about genetic engineering?Live organism Potential riskLong effect86基因工程生物所存在的危险是潜在的，因此：应对基因工程生物的研究和生产建立长期或定期的监测、跟踪及报告制度，以便随时发现可能的危险并采取措施。生物安全意识的匮乏，是基因污染的最大隐患87Scientist Team Creates First GM Human Embryoby Sarah-Kate Templeton London Times May 12, 2008A team from Cornell University in New York produced the GM embryo to study how early cells and diseases develop. It was destroyed