淺談轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用*

楊清華，袁鳳杰

（浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)利用研究所，杭州 310021）

1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的定義

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指利用DNA重組、遺傳轉(zhuǎn)化等分子生物技術(shù)，將目的基因?qū)胧荏w生物的基因組中，并且目的基因能夠在后代中穩(wěn)定表達(dá)，使受體生物獲得可預(yù)期的、定向的遺傳改變，從而改良生物。

2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展過程

轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)代分子生物學(xué)的必然產(chǎn)物。1910年，美國科學(xué)家Morgan發(fā)現(xiàn)了染色體的遺傳機(jī)制，建立了染色體遺傳理論，成為基因?qū)W說的創(chuàng)始人。1953年，美國生物學(xué)家Watson和英國生物學(xué)家Crick首次提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型和半保留復(fù)制假說，開啟分子生物學(xué)的新時代。隨著20世紀(jì)70年代初基因克隆技術(shù)的誕生，真核生物基因、人的胰島素基因相繼被導(dǎo)入到大腸桿菌中。1980年，科學(xué)家Gordon用顯微注射法獲得轉(zhuǎn)基因小鼠。1983年，比利時、德國、美國的科學(xué)家們相繼完成了煙草和牽牛花的遺傳改造。1996年，轉(zhuǎn)基因作物在全球開始大規(guī)模商業(yè)化種植。轉(zhuǎn)基因技術(shù)完成從技術(shù)研究向應(yīng)用轉(zhuǎn)變。

3 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用

轉(zhuǎn)基因技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前技術(shù)流程已經(jīng)非常成熟，在醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源領(lǐng)域獲得了廣泛地應(yīng)用。

3.1 醫(yī)藥領(lǐng)域

提到轉(zhuǎn)基因，或許大多數(shù)人會關(guān)注其在糧食和食品方面的應(yīng)用。其實，轉(zhuǎn)基因技術(shù)最早的應(yīng)用是在醫(yī)藥領(lǐng)域。目前，轉(zhuǎn)基因在生物制藥和疫苗開發(fā)方面的應(yīng)用非常普遍。比如大家比較熟悉的治療糖尿病最有效的藥物胰島素。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是從牛的胰臟中提取，價格昂貴，一般家庭承受不起。1982年，科學(xué)家們利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將胰島素編碼基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，獲得能夠大量生產(chǎn)胰島素的工程菌，從而大大降低了制藥成本，使大多數(shù)糖尿病患者從中受益。同年，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因胰島素商業(yè)化生產(chǎn)，是世界首例商業(yè)化應(yīng)用的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的不斷發(fā)展和利用，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)的醫(yī)療藥品層出不窮，如乙肝疫苗、抑生長素、干擾素、人生長激素等。目前已有50多種基因工程藥物上市，廣泛應(yīng)用于治療腫瘤、心腦血管病、免疫系統(tǒng)疾病和一些遺傳病上，特別是疑難病癥，其治療效果遠(yuǎn)超傳統(tǒng)化學(xué)藥物，給眾多疾病患者帶來了福音。

3.2 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

轉(zhuǎn)基因技術(shù)廣泛應(yīng)用的第二個領(lǐng)域是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，包括轉(zhuǎn)基因動物和轉(zhuǎn)基因植物的培育，其中轉(zhuǎn)基因作物發(fā)展最快。品質(zhì)改良、養(yǎng)分高效利用、抗旱耐鹽堿轉(zhuǎn)基因作物紛紛面世，具有抗蟲、抗病、耐除草劑等性狀的轉(zhuǎn)基因作物已被大面積推廣。歷經(jīng)20多年的商業(yè)化種植，轉(zhuǎn)基因作物為全球農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。2019年，國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織報告顯示，2018年轉(zhuǎn)基因作物繼續(xù)保持著高應(yīng)用率，全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積已高達(dá)1.917億公頃?？傆嬘?0個國家或地區(qū)應(yīng)用轉(zhuǎn)基因作物，其中有26個國家或地區(qū)種植轉(zhuǎn)基因作物，另外44個國家或地區(qū)進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物。除了轉(zhuǎn)基因玉米、大豆、棉花和油菜之外，紫花苜蓿、甜菜、木瓜、南瓜、茄子、馬鈴薯和蘋果等轉(zhuǎn)基因作物均已上市銷售，為全球消費(fèi)者和食品生產(chǎn)商提供了更多選擇[1]。目前，我國已批準(zhǔn)進(jìn)口轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、油菜、棉花、甜菜5種轉(zhuǎn)基因作物作為加工原料進(jìn)入國內(nèi)市場。

在轉(zhuǎn)基因動物方面，1974年美國科學(xué)家Jaenisch等將病毒SV40的DNA導(dǎo)入到小鼠的囊胚中，培育出世界上首例轉(zhuǎn)基因小鼠[2]，使人們看到了轉(zhuǎn)基因動物的巨大潛力，此后轉(zhuǎn)基因技術(shù)相繼應(yīng)用在兔、羊、豬、牛、雞、魚、貓等動物的研究方面[3]。2015年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)轉(zhuǎn)生長激素基因的三文魚正式上市，作為食物正常食用[4]，這是轉(zhuǎn)基因動物向著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展邁出的一大步，也將促進(jìn)和推動其他轉(zhuǎn)基因動物商業(yè)化的發(fā)展。到目前為止，已有上百種外源蛋白通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)在不同的動物體表達(dá)成功[5]。

3.3 工業(yè)領(lǐng)域

轉(zhuǎn)基因技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用主要在食品工業(yè)方面。如發(fā)酵食品菌種改良，其中轉(zhuǎn)基因面包酵母和啤酒酵母已獲準(zhǔn)商業(yè)化使用。食品生產(chǎn)中經(jīng)常使用的食品添加劑和加工助劑目前都可以通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)進(jìn)行菌種改良，如酶制劑、氨基酸、甜味劑和香料等，從而獲得更符合要求的食品品質(zhì)。除此之外，一些工業(yè)常用的糖類、脂肪和工業(yè)用酶可通過轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)[6]。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在食品工業(yè)方面的蓬勃發(fā)展，不但為食品品質(zhì)問題找到了新的解決途徑，而且為解決營養(yǎng)不良、饑餓等世界面臨的糧食短缺問題帶來了希望。

3.4 環(huán)保領(lǐng)域

轉(zhuǎn)基因技術(shù)還廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)，如原油泄漏造成的污染、重金屬污染的微生物降解、生活污水的微生物處理等。原理是將高效降解不同垃圾的基因，轉(zhuǎn)到宿主細(xì)菌中，培育出環(huán)境治理效果較強(qiáng)的“超級細(xì)菌”。這些“超級細(xì)菌”有的能夠分解石油中的多種烴類化合物，有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，有的還可以分解DDT（Dichlorodiphenyltrichloroethane）等毒性物質(zhì)[7]，從而達(dá)到改善環(huán)境的作用。

3.5 能源領(lǐng)域

目前在新能源領(lǐng)域，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在生物發(fā)酵燃料酒精方面得到了很好的應(yīng)用。傳統(tǒng)的乙醇生產(chǎn)以各種含糖、淀粉或纖維素的農(nóng)產(chǎn)品、林產(chǎn)品等為原料，通過發(fā)酵的方法獲得乙醇。該方法不足之處在于需要消耗過多的原材料。這些植物纖維原料的主要有效成分是木糖，充分利用木糖，能夠使乙醇產(chǎn)量提高25%左右。釀酒酵母具有較高的乙醇耐受濃度，釀酒酵母菌自身不能利用木糖。目前，運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可以增強(qiáng)重組釀酒酵母菌對木糖的利用，并加快重組菌的生長，從而可以顯著提高乙醇的產(chǎn)量。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，給全人類帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是有目共睹的。但仍面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是轉(zhuǎn)基因的安全性方面。目前，國際上關(guān)于轉(zhuǎn)基因的安全性已得出的結(jié)論是，通過安全評價、獲得安全證書的轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品都是安全的[8]。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是把雙刃劍，需要嚴(yán)格加強(qiáng)對轉(zhuǎn)基因生物的安全評價和有效監(jiān)管，引導(dǎo)其向造福人類的方向合理有效的發(fā)展；同時大力做好科普宣傳，讓更多的普通大眾從專業(yè)的角度了解轉(zhuǎn)基因。