化学农药与转基因杀虫蛋白的比较

2015-05-17 | 作者: 李飞 林克剑 | 标签: 化学农药 杀虫蛋白

来源:《百名专家谈转基因》原标题《农药有毒,为何说转基因水稻是安全的》,作者:李飞 林克剑 南京农业大学、中国农业科学院 

提要:化学农药几乎都是作用于神经系统中的某个蛋白或基因,而能够作用于害虫神经系统的化学农药,也能够作用于人的神经系统。Bt杀虫蛋白主要作用于害虫的消化系统,而人与害虫的消化系统却大不相同。

在谈论转基因水稻时,被问及最多的一个问题是,“杀虫蛋白能杀虫,难道就不会对人体有毒害吗?”这个问题的由来可能与人们对化学农药的认识有关,因为农药能够杀虫,也可以使人中毒。虽然已经有许多专家通过阐明杀虫蛋白的作用机理来解释其为何对人体是安全的,在这里我们想直接通过比较化学农药与杀虫蛋白的差异来分析“农药有毒,为何说转基因水稻是安全的?”

从本质上来说,化学农药主要是有机分子,进入害虫体内后,与某种重要蛋白相结合,从而影响这种蛋白在害虫体内的正常功能。如果这种蛋白是害虫生存必须的,那么就可以达到杀死害虫的目的。

杀虫蛋白(如Bt蛋白)本身就是一种蛋白质,其进入害虫体内,通过与害虫体内的另一种重要蛋白作用,影响蛋白的功能,从而影响害虫的发育,达到杀死害虫的目的。

无论是化学农药还是杀虫蛋白,对于害虫而言,都是毒药。为何科学家一再声称,杀虫蛋白对人体无害呢?这要从生物的器官系统说起。

生理学的基本知识告诉我们,人体共有八大系统:运动系统、神经系统、内分泌系统、循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统。而害虫作为生命体,也有上述八大系统。

如果想要快速杀死一种生物,最好的毒剂应该作用于哪种系统呢?人们几乎可以不假思索就能给出答案:神经系统。的确如此,目前大规模使用的化学农药的作用靶标几乎都是神经系统中的某个重要蛋白或基因。

比如,氨基甲酸酯和有机磷类杀虫剂,主要是攻击神经系统的乙酰胆碱酯酶。2008年的日本毒饺子事件的罪魁祸首甲胺磷就是这类杀虫剂。乙酰胆碱酯酶负责清除突触间隙的重要化学递质乙酰胆碱。如果乙酰胆碱酯酶被抑制,则可能导致生物在接受外界刺激时过度兴奋而导致死亡。有意思的是,乙酰胆碱酯酶的弱抑制剂“他克林”在临床上用于治疗阿尔茨海默症,提高学习和认识能力。

菊酯类农药主要作用于神经系统中的钠离子通道,这类杀虫剂可能是人类直接接触最多的,因为夏天在超市中大量销售的灭蚊剂的主要成分就是菊酯类农药。烟碱类杀虫剂的作用靶标是神经系统的乙酰胆碱受体。著名的DDT属于有机氯类农药,其作用靶标也是神经系统中的钠离子通道。DDT最大的问题在于其过于稳定,在环境中不容易被降解,而且可以通过食物链在不同的生物体内富集,干扰人体内分泌系统,也有生殖毒性和遗传毒性。

综上所述,因杀虫效果明显而占据大量市场份额的化学农药主要作用于神经系统的重要蛋白或基因,包括乙酰胆碱受体、乙酰胆碱酯酶和钠离子通道等。不幸的是,这些神经系统的基因在人、小鼠、昆虫等不同物种中的保守性很强。也就是说,虽然哺乳动物和昆虫的外形差异很大,神经系统的结构也大不相同,但神经信号传统机制基本上是相似的。因此,能够作用于害虫神经系统的化学农药,也能够作用于人和其他生物的神经系统。这就是农药杀虫,也能使人中毒的原因。

那为什么说转Bt基因的水稻不会呢?因为Bt杀虫蛋白来源于一种叫苏云金杆菌的细菌,其主要作用于害虫的消化系统。相对来说,消化系统具有更大的分化度。因为不同的生物,取食的习惯明显不同,进而导致中肠的环境大不相同。比如,人的胃肠环境是酸性的,而害虫的中肠环境是碱性的。众所周知,Bt杀虫蛋白需要碱性环境(pH为10左右最佳)才能被加工成具有杀虫活性的晶体蛋白。另外,蛋白在环境中很容易被破坏变性,尤其是经不起紫外线的照射,不像农药化学分子那样稳定。这就大大地提高了Bt杀虫蛋白的环境安全性。

简而言之,化学农药主要作用于神经系统中保守的重要基因,因此既能杀虫也能使人中毒。而Bt杀虫蛋白作用于分化度较大的消化系统,因此只能杀虫,而对人体无毒。反对转基因的人经常问的一个问题,“既然能够杀虫为什么不能杀人?”道理就是这么简单。

也有人曾强调Bt杀虫蛋白可能是一种潜在的过敏源。事实上,任何一种外来物质都可能是过敏源,有人吃花生酱也过敏,甚至危及生命安全。科学家们将Bt蛋白的氨基酸序列与已知过敏源的氨基酸序列进行比对,毫无同源性可言,而且从Bt蛋白70多年的应用历史来看,也未曾有过其导致人体过敏的记录和报告。或许可以这样说,相对于人而言,来源于苏云金杆菌的Bt蛋白的安全性要远高于化学农药。

需要注意的是,这种产生Bt蛋白的细菌最早是从面粉厂发现的,如果这种杀虫蛋白能够杀死人,那么人类早就被这种细菌消灭了。

来源:百名专家谈转基因

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