轉(zhuǎn)基因檢測技術(shù)：從一片空白到國際立足
——記上海交通大學(xué)、上海出入境檢驗(yàn)檢疫局聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的十年攻關(guān)

本刊記者/李 輝

轉(zhuǎn)基因檢測技術(shù)：從一片空白到國際立足
——記上海交通大學(xué)、上海出入境檢驗(yàn)檢疫局聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的十年攻關(guān)

本刊記者/李 輝

本期項(xiàng)目：水稻、玉米、油菜轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法及標(biāo)準(zhǔn)化

所獲獎(jiǎng)項(xiàng)：2012年度上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)

完成單位：上海交通大學(xué)、上海出入境檢驗(yàn)檢疫局

近些年來，公眾對于轉(zhuǎn)基因食品安全的關(guān)注度日益增高。作為種植和進(jìn)口轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的大國，如何更好地從技術(shù)層面對該類產(chǎn)品進(jìn)行把關(guān)，是我們國家必須直面和應(yīng)對的問題。

上海交通大學(xué)張大兵教授與上海出入境檢驗(yàn)檢疫局潘良文研究員的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過十余年的持續(xù)攻關(guān)，建立了一套針對水稻、玉米、油菜等轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因檢測方法，這套方法被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）采納從而上升為國際標(biāo)準(zhǔn)。他們還建立了其他一系列轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測的新方法，建立了國際上首個(gè)轉(zhuǎn)基因生物安全檢測數(shù)據(jù)庫。這些工作，為我國的轉(zhuǎn)基因檢測實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。也正是這些工作，為他們贏得了上海市2012年度科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的榮譽(yù)。

十多年前，國內(nèi)轉(zhuǎn)基因檢測幾乎空白

張大兵教授與潘良文研究員團(tuán)隊(duì)的工作，要從十余年前說起，當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品受關(guān)注的程度還不是很高。直接推動(dòng)我們國家開始重視轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測工作的事件，是113個(gè)國家于2000年1月在加拿大簽署了聯(lián)合國《生物安全協(xié)定書》。協(xié)定書中明確規(guī)定，消費(fèi)者對轉(zhuǎn)基因食品擁有知情權(quán)。

中國是簽署國之一。加拿大會(huì)議之后，國務(wù)院有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)十分重視，要求科研工作者加強(qiáng)對轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究。在上海，市科委迅速做出了響應(yīng)，向社會(huì)發(fā)布了轉(zhuǎn)基因檢測技術(shù)的項(xiàng)目申請指南。

張大兵與潘良文兩支團(tuán)隊(duì)的合作，即從這一次的項(xiàng)目聯(lián)合申請開始。在此之前，他們兩人只是因?yàn)楣餐霓D(zhuǎn)基因研究興趣，在一次學(xué)術(shù)會(huì)議上認(rèn)識(shí)并互相欣賞。

當(dāng)時(shí)，國內(nèi)還沒有成熟的針對轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的定性、定量檢測技術(shù)，更沒有相關(guān)國家或行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在基本空白的基礎(chǔ)上，經(jīng)過三年的研究，他們?nèi)〉昧艘幌盗械拈_創(chuàng)性成果，并且獲得了2004年度上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的認(rèn)可。

在此之后，他們的合作團(tuán)隊(duì)針對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的檢測更加深入，從針對幾種產(chǎn)品延展為針對更廣范圍的產(chǎn)品，從初步的定性定量方法走向了更成熟全面、上升為國家標(biāo)準(zhǔn)乃至國際標(biāo)準(zhǔn)的方法。

是不是？有多少？

轉(zhuǎn)基因檢測事實(shí)上主要圍繞定性和定量這兩個(gè)“知情權(quán)”的核心問題展開。“定性”——是不是轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，“定量”——含什么成分的轉(zhuǎn)基因以及含量多少。由于各個(gè)國家對轉(zhuǎn)基因的態(tài)度不同，對定性和定量的定義也有所不同。

比如對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品一直持開放態(tài)度的美國，就不要求商家對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品必須標(biāo)識(shí)。而歐洲和亞洲一些國家，則持不同程度的謹(jǐn)慎態(tài)度。

歐洲議會(huì)于1997年通過的 《新食品規(guī)程》決議，規(guī)定歐盟成員國上市的任何轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品必須貼上轉(zhuǎn)基因標(biāo)簽。2001年11月，歐盟修改了轉(zhuǎn)基因食品法規(guī)，規(guī)定凡含有0.9%以上轉(zhuǎn)基因DNA或蛋白質(zhì)的農(nóng)作物或食品必須進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

在亞洲，韓國政府從2001年開始，以3%為界限實(shí)施標(biāo)簽制度。日本在2001年實(shí)行1%標(biāo)簽制度。中國政府則規(guī)定只要含有轉(zhuǎn)基因成分，一律需要標(biāo)識(shí)。

內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因檢測方法，從提出到完善

張大兵和潘良文團(tuán)隊(duì)這次獲獎(jiǎng)的內(nèi)容，集中于他們針對水稻、玉米、油菜轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因檢測方法的研究成果。

轉(zhuǎn)基因的檢測方法其實(shí)可以從轉(zhuǎn)基因的基本原理說起。如所周知，所謂“轉(zhuǎn)”基因，是將人工分離和修飾過的基因?qū)氲缴矬w基因組中。那么也就是說，對一種產(chǎn)品是否是轉(zhuǎn)基因的檢測，關(guān)鍵在于在它的成分中有否檢出外源基因。

人們對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品中轉(zhuǎn)基因成分的檢測，主要分兩個(gè)步驟：提取出產(chǎn)品的DNA，然后再用一種生物化學(xué)反應(yīng)來檢測其中的轉(zhuǎn)基因成分。在第二個(gè)步驟中，現(xiàn)在檢驗(yàn)部門一般采用的是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）。

但在提取產(chǎn)品DNA的過程中，如果提取被檢測產(chǎn)品的DNA沒有成功，或者是提取DNA中有PCR反應(yīng)的抑制物質(zhì)，那么在PCR檢測時(shí)，就檢測不出轉(zhuǎn)基因成分。顯然，這并不能說明被檢產(chǎn)品中沒有轉(zhuǎn)基因成分。

一定要規(guī)避這種情況的出現(xiàn)。這也正是內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因檢測法的一個(gè)特點(diǎn)所在。

所謂內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因，是指具有物種特異性、拷貝數(shù)恒定、不顯示等位基因變化的保守DNA序列。也就是說，內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因是物種間區(qū)別的遺傳標(biāo)志——某一物種內(nèi)的不同品種均含有該內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因的特異性片段，但其他物種卻不含有該片段。再簡單來說，如果從一個(gè)樣品的DNA中檢測到了水稻的內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因，那么這一樣品必然含有水稻的DNA。

有了內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因?qū)NA的檢測，對外源基因PCR檢測的準(zhǔn)確性就有了保證。但難點(diǎn)在于，迄今為止雖然許多物種已開發(fā)出內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因，但是水稻、番茄、油菜、番木瓜等常見產(chǎn)品的內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因開發(fā)工作之前做的并不多。

在過去的十余年研究中，項(xiàng)目組通過大量研究，系統(tǒng)地建立了適合于主要轉(zhuǎn)基因作物的內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因檢測系統(tǒng)，如水稻SPS、油菜HMGI/Y、棉花SadI、番茄LAT52和番木瓜Chy基因等。項(xiàng)目組依據(jù)這些內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因，建立了結(jié)合PCR技術(shù)的一整套轉(zhuǎn)基因檢測體系。

這些工作，是項(xiàng)目組獲得上海市2012年度科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的重要組成部分。值得祝賀的是，在2012年到2013年這段時(shí)間里，他們的工作又進(jìn)一步獲得了ISO的認(rèn)可。

2013年，ISO正式公布了新版的ISO21569和ISO21570標(biāo)準(zhǔn)，分別增加了用于轉(zhuǎn)基因水稻和番茄內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因的定性和定量檢測的普通PCR檢測方法和實(shí)時(shí)熒光PCR檢測方法。這些檢測方法正是由上海交通大學(xué)和上海出入境檢驗(yàn)檢疫局的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)完成的。

“轉(zhuǎn)基因檢測的國際標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)之前沒有人搞過的，十年前在國際上也是一個(gè)新興領(lǐng)域?！迸肆嘉恼f，在國家質(zhì)檢部門工作的他，對標(biāo)準(zhǔn)有著天然的敏感性?！按蟾?004年的時(shí)候，我就想著是否我們也可以參與制定一些國際的轉(zhuǎn)基因檢測標(biāo)準(zhǔn)?！?004年，在經(jīng)得國家標(biāo)委的推薦后，潘良文、張大兵先后加入了ISO轉(zhuǎn)基因標(biāo)準(zhǔn)制定工作組。

一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)的提案要成為國際標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行國際協(xié)同實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在項(xiàng)目組內(nèi)部進(jìn)行過多次比對試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2004-2006年，項(xiàng)目組邀請了來自德國、加拿大、荷蘭、阿根廷、斯洛文尼亞等多個(gè)國家的國際知名檢測實(shí)驗(yàn)室參加協(xié)同實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并取得圓滿成功。這表明，上海團(tuán)隊(duì)建立的內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基因檢測方法是可行的。

2009年以來，上海項(xiàng)目組所提交的檢測方法順利通過了ISO組織的委員會(huì)內(nèi)部草案、委員會(huì)草案和國際標(biāo)準(zhǔn)草案的階段投票，最終在2013年由ISO宣布成為國際轉(zhuǎn)基因檢測標(biāo)準(zhǔn)方法。這標(biāo)志著由我國在轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品領(lǐng)域所制定的檢測方法首次上升為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。

方法標(biāo)準(zhǔn)化為什么重要

每個(gè)國家對于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的種植和進(jìn)口都有相應(yīng)的法規(guī)進(jìn)行管理。

但是爭議在所難免。同樣的產(chǎn)品在一家單位檢測有轉(zhuǎn)基因成分，在另外一個(gè)地方卻可能檢測沒有，或者檢測出的成分含量不一致。不同的檢測結(jié)果，除了各單位技術(shù)能力不同的原因，也與使用的方法不同有關(guān)。

為了使不同國家、不同實(shí)驗(yàn)室的檢測結(jié)果保持一致，保證轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品進(jìn)出口貿(mào)易的安全有序，各方制定和使用的檢測方法就需要一致。這也正是標(biāo)準(zhǔn)方法的意義所在。

2000年，歐盟成立了轉(zhuǎn)基因生物檢測網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，專門負(fù)責(zé)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物檢測方法的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前它由70多個(gè)執(zhí)行實(shí)驗(yàn)室組成，分布在歐盟各成員國內(nèi)。

2004年，張大兵教授作為發(fā)展中國家的第一位學(xué)者，應(yīng)邀參加歐盟轉(zhuǎn)基因生物檢測網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的年會(huì)并作專題發(fā)言；2013年，歐盟轉(zhuǎn)基因生物檢測網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室又正式邀請張大兵教授代表中國，作為合作伙伴參與其技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。

方法的創(chuàng)新與數(shù)據(jù)的積累

上海交通大學(xué)與上海出入境檢驗(yàn)檢疫局是兩家不同性質(zhì)的單位。相對而言，后者更關(guān)注方法的標(biāo)準(zhǔn)化，而前者則更關(guān)注方法的創(chuàng)新。

2010-2013年，上海交通大學(xué)課題組在經(jīng)過系統(tǒng)分析轉(zhuǎn)基因成分檢測的各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，提出了一種加快檢測速度的可視化等溫檢測新方法。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)，是可以在1個(gè)小時(shí)之內(nèi)，完成對轉(zhuǎn)基因玉米和大豆的DNA提取以及轉(zhuǎn)基因成分檢測。而按照過去的方法，這一過程要在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)歷一系列的耗時(shí)過程。這種方法的應(yīng)用，使針對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的現(xiàn)場測試、田間測試成為可能。

由于轉(zhuǎn)基因的產(chǎn)品種類越來越多，對應(yīng)的檢測方法也趨于多樣化。所以，建設(shè)一個(gè)公共的平臺(tái)，對所有已知方法進(jìn)行收集整理，也成為了項(xiàng)目組在開發(fā)新方法之外的追求目標(biāo)。

2008年，項(xiàng)目組開發(fā)了轉(zhuǎn)基因生物安全檢測數(shù)據(jù)庫（GMDD，gmdd.shgmo.org），將目前主要商業(yè)化應(yīng)用的轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)行了整理和收集，特別是涵蓋了外源基因序列和檢測方法兩方面重要的數(shù)據(jù)。

這兩種數(shù)據(jù)都是檢測所必需的，但由于國外研發(fā)者一般不愿意公開其開發(fā)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的外源基因序列和檢測方法，不同檢測單位往往不得不做同樣的檢測方法研究。有了公共平臺(tái)將這些成果呈現(xiàn)出來，重復(fù)性的研究工作就可以減少或者避免了。

目前，項(xiàng)目組開發(fā)的數(shù)據(jù)庫一共涵蓋了180多個(gè)轉(zhuǎn)基因生物的轉(zhuǎn)基因信息，外源基因序列140多條，對應(yīng)的檢測方法500多套，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)產(chǎn)品信息60多條。該數(shù)據(jù)的開發(fā)和開放得到了國際同行和多個(gè)期刊綜述的高度評價(jià)。“數(shù)據(jù)庫自開放以來，每年的訪問量超過百萬次，訪問者主要是來自歐、美等國家的同行專家和實(shí)驗(yàn)室。”項(xiàng)目組的骨干成員楊立桃博士如是說。

“隨著新的轉(zhuǎn)基因植物的出現(xiàn)，將會(huì)有越來越多的不同植物的基因被選擇作為應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因生物遺傳改良。這也需要不斷研究新的檢測方法，以滿足消費(fèi)者對于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的知情權(quán)和選擇權(quán)?！睆埓蟊淌谠谝淮谓邮懿稍L時(shí)這樣說。很顯然，還有更多的工作在等待項(xiàng)目組完成。