我國轉(zhuǎn)基因動物及其安全性評價發(fā)展現(xiàn)狀

盧軍鋒,李 曉,楊公社,史新娥

(西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院 動物脂肪沉積與肌肉發(fā)育實驗室,陜西 楊凌 712100)

轉(zhuǎn)基因動物(transgenic animal)是指利用基因工程手段將外源基因有目的、有計劃地導(dǎo)入受體動物的受精卵或胚胎,使之穩(wěn)定整合于動物基因組并能遺傳給后代的一類動物,包括畜禽、水生動物、節(jié)肢動物等。1980年,Gordon等[1]將重組DNA導(dǎo)入小鼠受精卵,這是人類首次對哺乳動物進(jìn)行人工改造,距今已有37年。

轉(zhuǎn)基因動物具有廣闊的應(yīng)用前景,如培育動物新品種(高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病)、探究人類疾病機(jī)理、作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白等。但是轉(zhuǎn)基因動物也存在諸多問題,如畸形、生長遲緩、不育、抗病力差等。自轉(zhuǎn)基因技術(shù)問世以來,公眾對其安全性一直存有爭議,因此轉(zhuǎn)基因動物的安全性評價尤為重要。發(fā)達(dá)國家在不斷發(fā)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)的過程中逐漸形成了一系列世界公認(rèn)的轉(zhuǎn)基因動物安全評價標(biāo)準(zhǔn)和共識性文件。我國在參考這些標(biāo)準(zhǔn)與共識的同時,結(jié)合自身國情和發(fā)展現(xiàn)狀,陸續(xù)頒布了一系列轉(zhuǎn)基因動物相關(guān)安全法律法規(guī),并根據(jù)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展不斷進(jìn)行修改完善。

1 轉(zhuǎn)基因動物國內(nèi)外研究進(jìn)展

轉(zhuǎn)基因動物研究起源于20世紀(jì)80年代,Palmiter等[2](1982)采用顯微注射法將大鼠的生長激素基因成功導(dǎo)入到小鼠基因組中,這被公認(rèn)為世界上第一例真正意義上的轉(zhuǎn)基因動物。此后,科學(xué)家先后獲得轉(zhuǎn)基因非洲爪蟾[3]、轉(zhuǎn)基因果蠅[4-5]、轉(zhuǎn)基因綿羊和轉(zhuǎn)基因豬[6]等。1997年,Wilmut等[7]通過體細(xì)胞核移植技術(shù)率先制作出世界上第一頭轉(zhuǎn)基因克隆羊“多莉”,這是人類首次對哺乳動物體細(xì)胞核進(jìn)行移植,同時也改善了轉(zhuǎn)基因效率低下的問題。2006年6月,世界首個利用轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的基因工程蛋白藥物—重組人抗凝血酶Ⅲ(商品名:ATryn)獲得歐洲醫(yī)藥評價署人用醫(yī)藥產(chǎn)品委員會的上市許可,標(biāo)志著通過轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)行藥物生產(chǎn)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。2015年11月,世界上首例導(dǎo)入外源基因使生長速度變快的轉(zhuǎn)基因三文魚(商品名:AquAdvanage三文魚)獲得美國食品和藥品管理局(Food and Drug Administration,FDA)批準(zhǔn)進(jìn)入市場銷售,標(biāo)志著轉(zhuǎn)基因動物供人類食用邁出了關(guān)鍵一步。

我國是世界上較早開展轉(zhuǎn)基因動物研究的國家。1983年由中國科學(xué)研究院朱作言院士聯(lián)合中國科學(xué)院發(fā)育生物學(xué)研究所、廣西水產(chǎn)研究所和中國水產(chǎn)科學(xué)院長江水產(chǎn)研究所沙市分所的課題組將重組人生長激素基因?qū)膂a魚受精卵,獲得快速生長的轉(zhuǎn)基因魚[8]。魏慶信等[9](1992)以湖北白豬為實驗材料,通過顯微注射法和精子載體法導(dǎo)入OMT/PGH基因獲得了轉(zhuǎn)基因豬。羅軍等[10](1993)用顯微注射法獲得了4只健康轉(zhuǎn)基因仔兔。國內(nèi)其他課題組也先后獲得了轉(zhuǎn)基因小鼠、轉(zhuǎn)基因克隆牛、轉(zhuǎn)基因免、轉(zhuǎn)基因山羊、轉(zhuǎn)基因豬等。2008年,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李寧課題組歷時7年多,成功培育出一批人乳鐵蛋白轉(zhuǎn)基因奶牛,所產(chǎn)牛奶中的重組人乳鐵蛋白含量為國際最高水平,并具有與天然蛋白相同的轉(zhuǎn)運鐵、抗菌等生物活性[11]。2011年,內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)李光鵬課題組聯(lián)合吉林大學(xué)、南京大學(xué)、中國科學(xué)院動物所的研究團(tuán)隊成功獲得Fat-1轉(zhuǎn)基因牛,Fat-1是動物產(chǎn)生n-3多不飽和脂肪酸的關(guān)鍵基因,Fat-1轉(zhuǎn)基因牛的動物產(chǎn)品對于預(yù)防人的心腦血管病具有重要價值[12]。2015年,西北農(nóng)林科技大學(xué)陳玉林課題組聯(lián)合榆林學(xué)院屈雷課題組和南京大學(xué)黃行許課題組利用CRISPR/Cas 9基因編輯技術(shù),獲得敲除成纖維細(xì)胞生長因子5(fibroblast growth factor 5,FGF5)和肌肉生長抑制素(myostatin,MSTN)基因的羔羊[13],這是世界上第一例家養(yǎng)動物多基因多位點一次性操作敲除基因,對于推動我國乃至世界絨山羊種質(zhì)資源的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。2017年,華南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳珍芳課題組將轉(zhuǎn)基因小鼠的唾液腺作為生物反應(yīng)器[14],生產(chǎn)出具有良好生物活性的人神經(jīng)生長因子蛋白(human nerve growth factor,hNGF),該蛋白可用于治療人類小兒腦癱和老年癡呆等神經(jīng)損傷或退化性疾病,標(biāo)志著轉(zhuǎn)基因動物的唾液腺作為生物反應(yīng)器制備人類蛋白藥物成為現(xiàn)實。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展的30余年,培育出的轉(zhuǎn)基因動物不計其數(shù),目前的轉(zhuǎn)基因動物培育工作主要出于改善動物自身生存、提高動物源性產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量、減少動物排泄物對環(huán)境的污染和用于生物制藥工程。

2 轉(zhuǎn)基因動物安全性評價內(nèi)容

目前世界上轉(zhuǎn)基因動物安全性評價主要是按照國際食品法典委員會(CAC)、聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)、世界衛(wèi)生組織(WHO)、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)制定的一系列轉(zhuǎn)基因生物安全評價標(biāo)準(zhǔn)和共識性文件等全球公認(rèn)的評價準(zhǔn)則來進(jìn)行。參考全球公認(rèn)的評價準(zhǔn)則,結(jié)合我國自身國情和發(fā)展現(xiàn)狀,我國頒布的轉(zhuǎn)基因生物相關(guān)安全法律法規(guī)有:科技部《中國生物安全框架》和《基因工程安全管理辦法》,農(nóng)業(yè)部《農(nóng)業(yè)生物技術(shù)基因工程安全管理實施辦法》和《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識管理辦法》,國務(wù)院《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全條例》和衛(wèi)生部《轉(zhuǎn)基因食品衛(wèi)生管理辦法》等。轉(zhuǎn)基因動物與其他農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物一樣,需要納入生物安全管理,進(jìn)行安全性評價。

目前我國轉(zhuǎn)基因動物安全性評價主要內(nèi)容包括分子特征、遺傳穩(wěn)定性、健康狀況、功能效率評價、環(huán)境適應(yīng)性、轉(zhuǎn)基因動物逃逸(釋放)及其對環(huán)境的影響以及食用安全(圖1)(中華人民共和國農(nóng)業(yè)部,2017《轉(zhuǎn)基因動物安全評價指南》)。

動物經(jīng)過轉(zhuǎn)基因后,表型及基因型的改變都可能帶來潛在的風(fēng)險[15]。目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展研究還不可能完全精確地預(yù)測某個基因在一個新的環(huán)境中會產(chǎn)生什么樣的相互作用,而轉(zhuǎn)基因動物基因的表達(dá)受環(huán)境等諸多因素影響,因此分子特征的測定尤為重要[16]。要完全精確地預(yù)測轉(zhuǎn)基因動物的后代遺傳穩(wěn)定性尚有困難,因此要用適宜的觀察手段考察目標(biāo)性狀對轉(zhuǎn)基因動物一生及其所產(chǎn)生后代的情況,研究后代與父代母代在遺傳上的差異,至少連續(xù)追蹤不少于2代。另外按照個案分析的原則,對轉(zhuǎn)基因動物可能導(dǎo)致的獸藥殘留、重金屬、毒素等主要污染物的蓄積進(jìn)行評價。

圖1 轉(zhuǎn)基因動物安全性評價內(nèi)容

3 我國轉(zhuǎn)基因動物安全性評價現(xiàn)狀

2008年,國家開始實施 “轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項”,這大大促進(jìn)了我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物新品種的培育工作。轉(zhuǎn)基因動物方面是以豬、牛、羊三類動物為重點,以培育抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的轉(zhuǎn)基因新品種為中心,重點突破功能基因克隆與驗證、規(guī)模化轉(zhuǎn)基因操作和生物安全評價三大核心技術(shù)。2009年,生物育種列入“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃”。最近十年的中央一號文件8次提到轉(zhuǎn)基因,強調(diào)應(yīng)該加強農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)和監(jiān)管,在確保安全的基礎(chǔ)上慎重推廣。

2002年1月5日農(nóng)業(yè)部令第8號公布《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》,2004年7月1日農(nóng)業(yè)部令第38號進(jìn)行了修訂,2016年7月25日農(nóng)業(yè)部第7號令再次進(jìn)行修訂。兩次修訂,優(yōu)化了管理機(jī)制,規(guī)范了評價程序,同時提升評價水平,涉及的內(nèi)容包括明確研究試驗單位第一責(zé)任人,要求制定試驗操作規(guī)程,將轉(zhuǎn)基因生物安全委員會委員任期由3年改為5年,同時規(guī)定安委會每年至少開展兩次農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評審,完善了實驗監(jiān)管制度等。2016年第五屆安委會成立,共有來自國務(wù)院各有關(guān)部門推薦的農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品、環(huán)境、檢測檢驗等相關(guān)領(lǐng)域的75名專家學(xué)者(包含14名兩院院士),具有廣泛的專業(yè)代表性和政府權(quán)威性(中華人民共和國農(nóng)業(yè)部,2016《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評價管理辦法》)。這標(biāo)志著我國轉(zhuǎn)基因安全評價步入了正軌。

目前,我國轉(zhuǎn)基因安全評價本著科學(xué)合理、個案審查和逐步的原則,將轉(zhuǎn)基因動物評價等級分為:(1)對人健康和生態(tài)環(huán)境尚不存在危險,對人健康和生態(tài)環(huán)境未曾發(fā)生過不良影響,或演化成有害生物的可能性極小,或僅用于特殊研究,存活期短,自然環(huán)境中仍難以存活;(2)對人健康和生態(tài)環(huán)境具有低度危險,但通過采取安全控制措施避免其危害;(3)對人健康和生態(tài)環(huán)境具有中度危險,但通過采取安全控制措施基本上可以避免其危害;(4)對人健康和生態(tài)環(huán)境具有高度危險,而且尚無適當(dāng)?shù)陌踩刂拼胧﹣肀苊馄湮：Α?/p>

4 展望

隨著科學(xué)技術(shù)和社會的進(jìn)步,越來越多的國家開始重視社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,開展以現(xiàn)代生物技術(shù)為核心的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。美國、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家加強了生物育種領(lǐng)域功能基因的挖掘和利用,跨國公司紛紛搶灘登陸,在我國陸續(xù)建立研發(fā)機(jī)構(gòu),關(guān)注產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的同時積極向基礎(chǔ)研究領(lǐng)域以及產(chǎn)業(yè)的上下游延伸。巴西、阿根廷、印度等發(fā)展中國家對轉(zhuǎn)基因研發(fā)投入成倍增加,勢頭強勁。我國在取得一系列重大研究進(jìn)展的同時,也需要時刻保持危機(jī)意識和緊迫感。

當(dāng)前,轉(zhuǎn)基因動物安全性評價主要集中于動物健康、食品安全、環(huán)境安全等方面。而轉(zhuǎn)基因動物還不可避免地要面對社會公眾的接受認(rèn)可和倫理道德等問題。獲得社會公眾的認(rèn)可,使公眾對轉(zhuǎn)基因有一個更為客觀公正的評價并傳遞生物技術(shù)安全信息,我們既要通過嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確的科學(xué)實驗結(jié)果予以證明,更需要注重安全評價性中的非科學(xué)因素,冷靜地去分析和面對[17]。另外,動物福利問題也不容忽視,轉(zhuǎn)基因動物在研究過程中往往很難同時兌現(xiàn)動物福利概念所闡述的5個基本要素(生理、環(huán)境、衛(wèi)生、行為和心理福利),損害它們的健康往往是研究的必經(jīng)過程[18]。相信隨著現(xiàn)代生物技術(shù)研究的深入,轉(zhuǎn)基因動物安全性評價將朝著便捷、安全、自動化的方向發(fā)展。

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