转基因鲑鱼的前世今生

2017-06-29 | 作者: 张仁森 胡文萍 狄冉 储明星 | 标签: 转基因鲑鱼



鲑鱼即三文鱼,是世界著名的经济鱼类之一,主要分布在太平洋北部及欧洲、亚洲、美洲的北部地区。其因肉嫩味鲜成为人们餐桌上的一道美食。然而野生的鲑鱼需要4-5年的时间才能生长到3-4公斤重,如此美食怎能等待?所以聪明的科学家运用转基因技术培育了一种在一年左右的时间就能长到3-4公斤的鲑鱼,从而满足人们的需求。

基因与转基因技术

我们时常在生活中听到‘基因’这个词,但是大多数人并不理解基因到底是个什么东西。微信是我们生活中常用的聊天软件,然而在程序员的眼中它只不过是众多‘程序’编辑的产物,正如在生物学家眼中,生物体也只不过是众多‘基因’编辑的产物。程序和基因之间存在着相似性,只是它们所存在的形式不一样罢了。一个软件要正常运行,需要其中的每一个小程序都准确无误;同样,生物体要正常运行,必须依靠每一个细胞中每一个基因的正确表达和调控才行,简单地说,基因便是生物体的‘程序’。正像程序和其所执行的功能之间存在一一对应的关系一样,基因和其所执行的功能或者编码的性状之间也存在一一对应的关系,如肤色是黄色、白色还是黑色是由一个或多个基因共同决定的,而个体的高矮胖瘦又是由其他基因决定的。就像我们的微信软件,可以打字聊天,也可以视频,还可以发朋友圈,甚至有支付功能,它们都是由不同的程序来决定的。那么程序和基因具体是什么呢?我们知道程序是程序员利用某种语言,比如C语言、Java等,通过一个个小代码按照一定的规则编写出来的。而基因其实也是一段程序,它是 4个不同碱基(碱基是化学小分子,包括胞嘧啶-C、鸟嘌呤-G、腺嘌呤-A、胸腺嘧啶-T)通过千变万化的不同顺序的排列组合而成的一段序列,就像程序源代码的0和1。生命体根据识别这些碱基编码的语言系统,来翻译这些基因并执行功能。

那么什么又是转基因呢?“杂交水稻之父”袁隆平培育的杂交水稻很大程度上解决了我国的粮食短缺问题。其实杂交也是一种‘转基因’。那么杂交和转基因有什么区别呢?其实只是一种技术上的区别,并没有本质上的区别,就好像两个人都要去北京,一个人走路,一个人坐飞机,目的一样,方法不同。在转基因技术没有出现之前,人们如果想要把一个个体上的某个优异基因转移到另外一个个体上去的话,就只能通过个体间的交配才能达到目的,这种具有不同的基因组合的个体之间的交配就叫做杂交,杂交的过程实际上是两个父母本的品种互相交换了50%的基因。换句话说,也就是有以万为单位计算的基因被“转”到了新的子代杂交品种中,这种新的杂交品种把父母本的众多优异基因进行重新组合,再通过与亲本回交,一代代筛选优势后代,才获得了具备高产性状的新品种。杂交是一种不可控的转基因过程,这个过程费时费力。就像古时候进京赶考,只能走路去,要提前一年就出发。这就像坐飞机,只要几个小时就可以到达北京。两者的目的是一样的,只是方法不同。这种直接的转移目的基因技术就是通常讲的“转基因技术”,它和杂交技术并没有本质的区别,都是把一个个体的基因转移到另一个个体。

鲑鱼为何要转基因?

我们时常会在生活中遇上’鱼与熊掌不可兼得’的事情,比如鲑鱼其肉味鲜美,然而生长周期过长,既然我们知道了性状和基因是一一对应的关系,那么我们能否把决定快速生长的基因转给鲑鱼,从而加快其生长速度,以满足人们的需求呢?科学家们找到了另外两种生长速度较快的鱼,大洋鳕鱼和帝王鲑,这两种鱼生长速度较快,但是肉质并没有普通鲑鱼鲜美。于是科学家找到了这两种鱼快速生长的基因,然后把决定快速生长的基因转移到鲑鱼中,从而培育出了一种味美生长又快的鲑鱼。这种鲑鱼也成为世界上第一种被FDA(美国食物和药品管理局)批准、可以大规模饲养并上市的转基因动物产品。转基因鲑鱼便是应用转基因技术培育的新品种,和那个杂交技术培育的新品种是类似的。

“天啦!转基因鲑鱼,那是转基因食品,不能吃,吃了会对人体有害”“转基因?这个不是自然的东西,肯定不是什么好东西”......我们时常听见人们如是说,但是我们对于杂交水稻却竖起大拇指大为夸赞。因为长期以来的宣传和科普原因,导致人们对二者态度产生极大差异。人们对于未知的东西总是保持谨慎并没有什么错,然而对于一件未知的事物不经过详细的研究就妄自认定是不好的,这样对于新生事物是不是不公平呢?

人们对转基因鲑鱼的担忧主要表现在三个方面,第一个方面是转基因鲑鱼的肉是否会对人体产生危害?对此,在开展了一系列实验后,FDA的科学家表明转基因鲑鱼的肉质成分和普通的鲑鱼一样,没有证据表明转基因鲑鱼会对人体产生危害,相反,由于转基因鲑鱼生长速度较快,相较于普通鲑鱼而言,其体内积累的毒素可能更少,是一种更加健康的食物;第二个方面是转基因鲑鱼如果逃入野生环境,是否会对自然环境产生危害?对此,研发转基因鲑鱼的AquaBounty公司规定,这种转基因鲑鱼只能在经过严格设计和认定的位于加拿大和巴拿马的仅有的两处陆地水箱中饲养,周边环境受到严密的监控,不存在逃逸的可能;第三个方面是如果转基因鲑鱼逃入野生环境是否会影响到野生鲑鱼的种群,成为新的优势种群?对此,AquaBounty公司通过技术使其培育的鲑鱼绝育,这样即使转基因鲑鱼逃到野外也不能繁殖后代,此外,转基因鲑鱼只是加快了鲑鱼的生长速度而并没有提高它的抗病性和适应能力等,所以即使转基因鲑鱼如果逃离到野外,并且成功和普通鲑鱼杂交,那其所生的后代也并不能够更好地适应野生环境从而成为优势种群。

AquaBounty Technologies是一家致力于提高商业水产产量的生物科技公司,早在20多年前该公司就向FDA递交了转基因鲑鱼上市的申请,然而在当时,转基因产品对于美国来说也是一个新生事物,美国并没有相关的法规可以批准转基因产品的上市,所以这项申请就被搁置了。然而,成分没有区别的时候是不需要标注的,而打上转基因标识也很有可能误导消费者,让消费者错误地认为转基因是有害的。

而直到2009年FDA发布了一项规范转基因动物商业用途的初步指南,在经过了各种详尽的包括安全性的评价之后,转基因鲑鱼终于在2015年下半年被批准上市。

基因技术未来

随着对基因的深入研究,科学家发现既然性状是由基因所决定的,那么为什么我们不能直接对基因进行编码,就像程序员对程序进行编码一样对生物本身的基因进行直接的编辑呢?于是人们发现了转基因技术的升级版——基因编辑技术。在基因编辑技术发明之前,科学家只能对基因的整体进行转移,这种基因的整体转移其实还是比较复杂的工程。而且这种单纯的转移并不能改变基因本身的编码,不能对基因本身进行优化。在基因编辑技术发明之后,科学家可以对基因本身进行优化,从而优化基因所决定的性状。就像程序员对程序代码进行简单的修改,以除去程序中的bug使软件更好的运行一样。科学家已经运用以基因编辑技术为基础的CAR-T(chimeric antigen receptor-T)技术治好了一名患白血病的小女孩;也已经能够运用基因编辑技术使一种蚊子失去对疟疾的传播能力。相信在不久的将来,基因编辑技术将会更好的在农业和医学各个领域造福人类,解决诸如粮食短缺、艾滋病、癌症等世界性的难题。 



作者:张仁森 胡文萍 狄冉 储明星
单位:中国农业科学院北京畜牧兽医研究所
通讯作者:储明星(1968-),男,安徽贵池人,博士,研究员,博士生导师,E-mail: mxchu@263.net

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来源:基因农业网

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