有耐心、有理性的科普:不必担心转基因作物

2018-11-26 | 作者: 卫平 | 标签: 转基因知识

前言

周围不少非生物背景的朋友对转基因食品觉得不放心,对反转的传闻通常采取“宁可信其有”的态度。询问之下,有害怕吃了转基因食品会得癌的,担心影响生育能力的,恐惧可能损害肝肾功能的,更多的是担忧吃了转基因食品,那啥啥的基因会不会跑到我的基因里去?…… 担心的内容天上地下五花八门。

交流之后,我发现,之所以有这些担忧,是因为不了解转基因技术,不了解遗传,不了解同属生物的植物、微生物和人之间的关系。生物学专业的内容对非生物学背景的人来说,确实有些艰涩难懂。就如同我这个生物专业的人,听到“量子纠缠”,也是一头雾水一样。

所以,我试着用大众语言,就我所听到的对转基因担忧的问题,跟大伙儿聊聊。诸如,什么是基因,什么是转基因,为什么吃了转基因抗虫食品后虫子的基因不会跑到我的基因里,等等。

如果这些闲聊能多多少少为朋友们解惑,我将会非常开心。毕竟,实在不想看到,认真求实的朋友们因为不明就里而被误导。

真心欢迎大家提问、质疑、讨论。

什么是基因?

“基因”这个词,来源于拉丁语,意思是“血统”。

有这俩字,咱就清楚基因是啥工种了,是不是?对,它负责遗传。比如,我的鹰钩鼻子像我爸。这是因为我从我爸那里遗传了他的鼻子形状的基因。

遗传,是基因唯一的工作。

所有生物,就是说所有有生命的个体,包括植物、动物、微生物,都有自己特定的基因。

基因管理着生物的生生世世。长什么样,长多高,活多久,基因起了很大作用。动物能奔走,鱼在水里游,植物只能把根扎地下立着,等等等等,都由基因说了算。

基因,其实就是一串串DNA。那么,DNA又是啥?

大家知道或者最起码听到过DNA双螺旋结构吧。北京中关村广场就有一个不锈钢做的DNA双螺旋结构模型。锃光发亮,高高地在广场中心炫耀。这是生命科学的标志。

DNA,听上去蛮高深的样子。其实很简单。DNA的学名叫“脱氧核糖核酸”,它是由 “核苷酸”组成的。核苷酸是特别小特别小的化学小分子。组成DNA的核苷酸一共有4种,根据化学结构,分别叫做腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶(在RNA里是尿嘧啶,这里就不讨论了)。这4种核苷酸的英文简写分别是 A、G、C、T。

A、G、C或T有多小呢?平均直径大约0.34纳米。纳米?还是有点儿晕呵!这么讲吧,人体内除了红细胞以外,每个细胞的细胞核里都住着掌控我们长成什么样的全部DNA遗传密码,大约是30亿对,也就是60亿个核苷酸。如果我们把核苷酸当成绿豆,60亿个绿豆可以装满一间面积~30平方米、高3米的粮仓。

现在咱对核苷酸小分子的“个头“有点儿概念了,对吧。

对植物和动物来说,细胞核里的亿万个核苷酸分子连在一起,形成一条条类似双轨铁道形状的长长的链子。这条链子拧呀拧,拧呀拧,把自己拧成绳子似的,就是DNA双螺旋结构。双螺旋DNA绳子继续拧,拧成了棒状的绳子球。这些棒状的DNA绳子球,在显微镜底下能看到,教科书里叫做染色体(因为可以被特定的染料着色)。基因,就是住在染色体上,或者说串在DNA链子上的一串串的按特定顺序排列着的核苷酸们。

如果还是觉得费解,咱可以把组成基因的DNA链想象成珍珠项链,AGCT分别是红绿黑白四种颜色的珍珠。珍珠们排列的位置不同,项链看上去就不同。AGCT排队的顺序不同,基因的功能就不同。有点儿像打电报的密码,“红红绿”-排一起合成的是氨基酸甲,黑白黑-合成氨基酸乙,白白白-合成氨基酸丙,,,,氨基酸是蛋白质的基本单位。蛋白质啥样,生物就长啥样。

现在咱知道了,染色体是住在细胞核里的拧巴着的DNA链子,染色体上的某些AGCT序列是记载着生物遗传信息的密码,这种有功能的密码片段们被叫做基因。每个基因都有自己特定的功能。需要说明一下的是,就目前所知,并非所有的DNA序列都参与遗传,有遗传功能的序列(也就是基因序列)仅占人类全部DNA链子的1.5%。

不同物种,染色体的个数可以不同。我们人类有46条染色体,大约有2万个基因分布在这些染色体上;玉米有3.2万个基因住在20条染色体上;大肠杆菌只有1条染色体,有3200个基因……

从生物演化的角度讲,基因相似度越高的物种之间,在遗传上离得越近。人和人之间,无论是亚洲人欧洲人还是非洲人,有99.9%的基因相似度。人和黑猩猩有98%的基因相似度,人跟鼠85%,跟猫咪有90%。不可思议的是,人跟果蝇居然共享61%的致病基因;人跟香蕉共享60%的基因。

震惊之后仔细想想,其实,人跟昆虫跟植物有基因相似也没啥好奇怪的。因为,生物都是从同一个根上长出来的。所有的生物都起源于38亿年前的蓝藻菌,一种细菌。

植物、动物、细菌、人,组成DNA(基因)的核苷酸分子A、G、C、T是完全一样的。只是由于排队顺序不同,才形成了生物的千变万化。

什么是转基因?

既然所有生物用来合成自身基因的基本单位都一样,都是A、G、C、T。这就给出了一种可能性:不同物种之间,同一物种的不同品种之间,基因可以互用。换一种说法,按我们的需要,把AGCT重新排排队,把新队列(好基因)转入某一个物种的细胞里,生产出我们需要的性状。

这,就是 “基因工程”,也可以叫“转基因技术”。

转基因/基因工程是一种成熟的生物技术,已经在医药、环保、工业、农业等方面应用很多年了。

医药方面,胰岛素、干扰素、抗体、多肽药物都离不开转基因技术。可以说,绝大多数生物药都源于转基因技术。

环保方面,转基因技术可以用在污染物的生物降解、生物发酵燃料酒精。

工业方面,用基因工程菌生产食品用酶、添加剂、洗涤酶等等。

我是学医学生物的,所以在这儿给大家举个医药方面转基因的例子。

胰岛素,糖尿病病人离不开的药,就是利用转基因技术,把人的胰岛素基因转入大肠杆菌的基因组里。需要说明一下呵,并不是把人的基因拿出来直接放到大肠杆菌里。而是,知道了人的胰岛素基因的序列(AGCT的排队顺序),按这个序列合成,利用转基因技术把它转入大肠杆菌。大肠杆菌繁殖的很快,在高营养的培养液里,大约每20分钟就繁殖一代,菌数以几何形式增长。在大肠杆菌繁殖的过程中,顺带的,每个菌都会按转进去的人胰岛素基因的指导,合成人胰岛素蛋白。

在转基因技术出现之前,给病人用的胰岛素蛋白是从猪或牛的胰细胞里提取出来的。提取的程序繁琐,提出来的胰岛素的量也少。病人用后还会有副作用,因为猪和牛的胰岛素蛋白跟人的有1~3个氨基酸不同。

聊到这儿,其实一句话就可以说清楚 “什么是转基因”了:转基因,就是把某个“好基因”转入另一种生物,去表达好性状发挥好作用。

用转基因方法生产出来的药物、环保生物降解、或工业用酶等等,大家都可以接受。因为药物是治病必须的;生物环保或工业用途的转基因产品都不会直接危害到我们的健康。但转基因农作物产品是要吃进去的,故而,容易产生对其安全性的担忧。

我曾听到过质疑,“常规杂交育种这么多年了,我们吃着放心,为啥要转基因?”

因为需要。

我们需要作物稳产高产,需要作物不生病不减产,希望作物的营养成份更符合人类的需求,期望减少田间劳动强度,减少农药的使用等等。

杂交育种,是同种作物遗传物质的优化组合。通过优化组合基因,提高了作物产量。但是,作物的DNA上没有抗虫基因,所以无法得到抗虫的性状。被虫害造成的减产低产很普遍。同样的道理,农作物上也没有抗除草剂的基因。

从宽泛的生物专业角度讲,杂交,实质上也是转基因。

杂交,组合的是不同品种或个体之间的整套DNA染色体。染色体上有成千上万个基因,有好基因,也有坏基因。好坏性状同时存在,所以没有十全十美的杂交品种。优良品种也只是“好性状”多一些,“坏性状”少一些。

如果科学没有发展出转基因技术,那就只好杂交、再杂交,以期获得更好的性状。既然科学界已经可以熟练应用转基因技术,转基因技术使我们可以选取特定的某一个或几个基因转入,而非成千上万个基因。为什么不用转基因方法,省时省力省钱地获得优良性状呢?

前几天看到一个有关水稻的报道。

其中一个段落是这样的, “…….野生稻(看上去像野草似的一种植物)虽然产量不高口感不好,但是,它也有“种植稻”没有的优点。比如,江西东乡的野生稻具有抗寒的特性。在我国长江中下游地区,低温寒冷对水稻产量影响很大。目前,科学家们在野生稻第四和第八号染色体上找到了耐寒基因。如果能把野生稻的耐寒基因转入栽培稻,水稻的高产和稳产就可以得到更好的保障了“。

这项工作目前正在进行中。采用的正是转基因技术。

人工转基因作物,其实只是对自然界的模仿。

转基因现象在自然界中发生的很频繁。植物与植物之间,细菌与细菌之间,细菌与病毒之间,细菌与植物之间,经常发生转基因。否则,就不会有耐药细菌,也不会有抗除草剂的杂草了。同所有自然发生的事件一样,转基因转进去“对的基因”就是好事,转进去“错的基因”就是坏事。

红薯就是天然的转基因作物,红薯的基因组里含土壤中农杆菌的基因。人类吃红薯大约有8000年的历史了。红薯,不仅是美食,更是曾使无数人避免死于饥饿的功臣。

谁在吃转基因食品

前面咱说过,转基因其实就是一种技术。农业转基因,就是人为的把“好基因”转入某种作物的一种方法。

目前的转基因农作物,主要转入的是抗病、抗虫、抗除草剂、改善作物营养和品质的基因。转基因作物品种主要有大豆、玉米、棉花、油菜。其他转基因作物还有大米、甜菜、苜蓿、木瓜、南瓜、土豆、茄子、甘蔗、苹果、烟草。

我国市场上含转基因的食品主要有大豆(主要是豆油)、棉籽油和番木瓜。

曾听到声音,说美国人自己不吃转基因食品。事实上,美国人不但吃转基因食品,而且吃得比中国人早,品种比中国多。

转基因技术最早是在美国开展的。美国的转基因,品种全球第一,数量全球第一。

据美国农业部统计,美国的玉米和大豆超过90%都是转基因的。美国农业部部长顾问霍滋蔓说过,美国20%的转基因玉米和40%的转基因大豆用于出口,其余都用于本国消费。在美国市场上,大约~70%的食品含转基因成份。转基因甜菜用于制糖,几乎100%供应美国国内。转基因苹果(抗切开后褐变)仅供应美国国内市场。

前些天,微信上看到小崔(崔永元)在美国超市的一个小视频。小崔看到食品包装上有转基因标识,他蛮高兴的,我也高兴。因为美国政府终于签署了强制性的转基因标识。我国对转基因也是强制性标识。强制标识是好事,不管是食品还是其他商品,信息越全越好。一句话:消费者有知情权。

过去,美国政府对转基因食品、非转基因食品标识的规定是自愿标识。直到2016年7月才通过转基因强制信息披露法案。但是,法案对标识方法没有规定。在美国市场上,转基因食品、非转基因食品、有机食品的标识可谓五花八门。可以用文字标识;也可以用二维码标识;还可以用电话号码标识,购买者需要打个电话才能了解具体信息。

下面这张图是美国农业部国家农业统计局的数据。有兴趣的朋友可以看看。从图上可以看出来,美国的玉米和大豆超过90%是转基因的。

吃抗虫转基因食品后虫子基因会不会跑到我的基因里?

回答是:不会。

为什么这么说呢?

因为我们吃进去的食物成份是蛋白质、淀粉、糖、脂肪、纤维素、DNA、维生素、微量元素等等;人的消化系统里有各种各样的酶,统称为消化酶(酶是蛋白质)。它们负责把吃进去的食物大分子消化分解成非常小的小分子。被分解后的小分子已经不是食物原有的蛋白或核酸了。

人体的消化吸收、营养物质的转运、转换是一个比较复杂的过程,三言两语讲不清楚。简单说,经过烹调加工后,熟食跟生食的物质结构已经非常不同了;食物进入胃里,还要被胃液等消化分解;进入小肠之后,有更多的消化酶进一步对食物进行分解。非生物专业的朋友们,咱不妨可以假设一下,把消化酶想象成剁菜剁肉的刀。吃进去的肉肉(蛋白)被“剁碎“分解成小分子的氨基酸;吃进去的油和脂肪被分解成小分子脂肪酸;淀粉被分解成小分子的单糖; DNA/基因的链条被”剁碎“后,分解成一个个的小分子核苷酸(甚至分解成更小的分子,咱在这儿就不抠那些拗口的生物化学字眼了)。

这些小分子物质,才被允许通过肠壁,进入血管,被血液带到身体各处,进入细胞。

进入细胞的小分子,被当作原材料利用起来,形成我们身体生长发育、生命活动需要的各种有用的东西。被吸收的小分子核苷酸这时也不例外,也只是原材料。进到细胞里后,核苷酸小分子们按细胞内的“图纸”要求,合成新的DNA链,去展现它们的新功能。打个比方呵,如果咱把核苷酸比作建筑原材料,用它建成食堂,最后的功能就是做饭吃饭;用它建卫生间,它的功能就是“方便的地方”。

所以说,外来基因不会通过“吃”而进入我们的基因组。

作为高等动物的人类,我们的基因组DNA是非常稳定的。(科学家尝试着用基因治疗去修补单基因遗传性疾病,二、三十年的研发路程,虽历尽艰辛,但至今仍在探索途中。如果通过“吃”就能够改变基因,那么人类可能就不成为人类了)。

目前,抗虫转基因作物主要是抗鳞翅目害虫,被转入的是苏云金杆菌(Bt菌)基因组里的一个基因,写作Cry1a,Cry1Ac,或其他名称,不同的Bt菌系的同一类基因的名称不同。为简单起见,咱就不说具体的基因名称了,直接称作Bt基因吧。

曾有朋友问我,把细菌里的基因转到作物里去,那不就等于吃细菌吗?听上去就觉得恶心!虫子吃了会死,肯定对人也有害!

实际上,我们吃进去的不是Bt菌,是从Bt菌里发现的、能够特异性导致鳞翅目害虫的幼虫消化系统生病的一种特异性蛋白。

转基因作物被转入的Bt基因,是专门合成这种特异性蛋白的。
这种Bt蛋白仅对鳞翅目害虫(翅膀上有磷片的虫子)的幼虫有害;对蝗虫、蚜虫没作用。当鳞翅目害虫的幼虫食用作物后,作物中的Bt蛋白随之进入幼虫的消化道。在幼虫消化道内,Bt蛋白会被一种酶切割成小的片段。小片段的Bt蛋白可以跟幼虫肠道内皮细胞上的一种蛋白受体结合,导致幼虫肠道麻痹,也就是肠道不能蠕动了。幼虫食用了Bt蛋白之后,肠道问题马上显现,幼虫无法进食(立即停止祸害作物),几天之后死于饥饿。

之所以说转基因产生的Bt蛋白对人类无害,有下面两点依据。

1,人类的消化道内膜上没有Bt蛋白结合的位点。

转基因食品中的Bt蛋白跟同时吃进去的食品中的其他蛋白、淀粉等大分子物质一样,被人的消化酶切碎,蛋白变成小分子的氨基酸;DNA变成小分子的核苷酸……;这些小分子们在人的小肠内被吸收,进入血液循环,成为食物营养的一部分。若有尚未被消化的大分子物质,就会直接被排出体外。(咱都体验过排出体外的是啥。任何没有被消化的食物,都可以导致拉肚子。拉的轻一些的,略微饿两顿就扛过去了;严重的就要找医生开药了)。

2,人类已有70年的Bt菌安全使用史。

1901年,日本生物学家在蚕宝宝中发现了Bt菌。Bt菌可以使蚕宝宝麻痹。

1911年,德国微生物学家从德国苏云金州的一家面粉厂的面粉幼虫身上分离出来了可以导致幼虫死亡的Bt菌。因为菌的形状是杆状的,面粉厂位于苏云金州,所以起名叫“苏云金杆菌”。 “Bt”是“苏云金杆菌”的英文缩写。

后来又陆续发现,农田里的很多鳞翅目幼虫,被Bt菌感染后会生病死亡。

从1940年代开始,Bt菌制剂被当作生物杀虫剂在作物上喷洒,抗虫。

若从1940年代起计算的话,人类使用Bt菌作为生物杀虫剂已有70多年了。大规模种植和应用转Bt基因玉米也已经有20多年了。至今没有使人致病的报道。

我能肯定,自己早就吃过喷洒过Bt杀虫剂的玉米。至今安然无恙。


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来源:基因农业网

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