第五章动植物用转基因微生物的安全性

第五章动植物用转基因微生物的安全性第一节动植物用转基因微生物概况第二节动物用转基因微生物安全性评价第三节植物用转基因微生物安全性评价第四节动植物用转基因微生物安全管理•以微生物为受体的转基因生物称为转基因微生物。•微生物是转基因最常用的转化材料，转基因微生物比较容易培育，应用也最广泛。例如，生产奶酪的凝乳酶，以往只能从杀死的小牛胃中获得，现利用转基因微生物已能够使凝乳酶在体外大量产生，避免了小牛的无辜死亡，也降低了成本。•如果把一种微生物的抗药性基因或其他基因转入另一种微生物中，使之具有抗药性，或将动植物基因转入微生物中。这种后来具有抗药性或其他新性状的微生物即为转基因微生物。例如，开始时不具有产苏氨酸、天冬氨酸、凝血蛋白等，后经导入外源基因而获得产苏氨酸、天冬氨酸、凝血蛋白等的微生物均为转基因微生物。让微生物制造然料----含油细菌嗜汞细菌----能清除汞污染第一节动植物用转基因微生物概况•根据转基因微生物的用途，可分为动物用转基因微生物、植物用转基因微生物和医药用转基因微生物三大类。•动物用转基因微生物是应用于动物的活疫苗、饲料添加剂和其他用途的转基因微生物。•植物用转基因微生物主要是指通过重组DNA微生物研制的、直接应用于植物上的具有杀虫、防病、固氮、生长调节等作用的微生物。•转基因微生物释放可能会带来一系列安全问题，事前须对其在环境中的基因转移潜力、存活能力、扩散能力及对生态系统的潜在影响等进行安全评价，并探索有效的检测方法和风险评价策略．一、动物用转基因微生物的发展概况1转基因微生物饲料添加剂•酶制剂(重组酶)：利用高产能和生产饲料酶的基因工程菌，添加于饲料中，提高饲料的效价。如产植酸酶的重组毕氏酵母菌(2000年许可证)。•抗菌肽：抗菌肽对水生生物常见病如大肠杆菌、沙门氏菌等具有广谱杀菌作用，具有良好的应用前景。2004年农业部批准转抗菌肽基因酵母生产的抗菌肽制剂的效价达5000U/ml•重组生长素：GH由脑下垂体分泌，能促进动物的生长发育，加速蛋白质合成，但在鱼类体内含量极微。将鱼GH基因转入微生物中大量生产重组鱼生长素，作为添加剂具有很强的促生长作用。产植酸酶的转基因重组毕氏酵母菌2基因工程疫苗•利用重组DNA技术研制的疫苗，包括：亚单位疫苗、活载体疫苗和基因缺失疫苗。我国经批准进入商业化生产的有狂犬病疫苗和牛羊腹泻疫苗；通过安全性评估的有鸡传染性喉气管炎疫苗、禽流感疫苗、鸡痘疫苗等。•基因工程亚单位疫苗：利用微生物的某种表面结构成分(抗原)制成不含有核酸、能诱发机体产生抗体的疫苗称为亚单位疫苗。它是一种保留病原体中有效免疫原成分,而去除其无效或有害成分的单纯疫苗。例如,只含霍乱毒素B亚单位制成的霍乱毒素B亚单位疫苗；用狂犬病毒主要抗原粘附在脂质体上制成的狂犬病毒免疫体亚单位疫苗；以及麻疹病毒亚单位疫苗；等等.将病原微生物的主要的保护性免疫原基因转移到非致病的微生物中表达，可从其培养物中分离制备出亚单位疫苗试剂。•转基因活疫苗：活疫苗是指将病原微生物在人工诱发突变，失去致病性但保留免疫原性、繁衍能力和剩余毒力的无毒或弱毒病原微生物。活疫苗接种后在人体内有一定程度的繁殖或复制，类似一次轻型的自然感染，但不导致人发病。转基因活疫苗根据其外源基因载体可分为病毒活载体疫苗和细菌活载体疫苗。前者针对病毒病，后者针对细菌性疾病。•转基因活疫苗已在全球范围开展科技研发和应用研究，将成为今后疫苗制剂的主要趋势。二、植物用转基因微生物的发展概况§应用重组DNA技术有目的地改变微生物或其产品的遗传性状和生物学活性,可进一步增强杀虫防病效果、扩大作用谱、延长田间持效期、从而提高农业生产的经济效益。§各国获准进入田间释放的转基因微生物主要为转苏云金芽孢杆菌遗传工程菌和转基因根瘤菌等活体产品，转基因病毒杀虫剂、防病转基因微生物。§我国已构建转基因工程菌近百株，有十多株转基因微生物处于安全性评价和田间试验，6种菌经安全性评价后进入环境释放，5种菌剂完成产品登记，其中的联合固氮菌和高效广谱的抗性基因工程菌BMB820Bt已进入商品化生产。1转基因生物农药•杀虫转基因微生物转基因病毒杀虫剂：通过基因工程方法将外源杀虫基因如蝎子神经毒素基因等与昆虫病毒重组，使重组病毒杀虫速度和毒性提高，或成为双价杀虫剂；转Bt基因杀虫剂：将来自苏氏杆菌的Bt基因导入受体菌株中，利用受体菌或载体的增效基因，制备效力更强和更持久的基因工程菌，以菌体或分离的Bt毒蛋白制造杀虫剂。在国外已有10多种制剂投入商业化生产。•防病转基因微生物：通过对生防菌进行基因改良，使之获得对多种病害有拮抗活性，或增强抗菌活性。将外源几丁质酶基因转入一些木霉菌、枯草杆菌的菌株中，使其产生更强烈的抑菌作用。将一些杀虫基因转移到生防菌中，可使其同时具有防病和杀虫的功效。•相对于传统化学合成农药，生物农药具有安全、高效、针对性强等优点，在人们环保意识不断增强的今天，生物农药受到越来越多的重视，在全球的市场需求稳步攀升。•随着转基因作物的增加，病虫害综合防治措施的应用，以及有机农业的不断扩大，预计在未来数年生物农药的研发将取得更多突破性的进展。•生物农药的主要发展趋势为：以基因重组为核心高技术竞争日趋激烈，关键技术创新显著加快；转基因生物农药新品种不断涌现，其研发和应用向更安全和更环保方向发展；产品更新换代速度加快，已成为涉农工业最具前景的发展领域。2转基因微生物肥料•转基因微生物肥料主要是遗传改良的联合固氮菌和根瘤菌，是采用基因工程技术对外源固氮基因及其调控基因进行转移至受体微生物而构建出来的新型重组固氮菌。•由于铵对固氮菌的固氮有一定的阻遏作用，构建耐铵或泌铵的固氮工程菌株将能减轻铵对固氮的阻遏作用，明显提高其固氮效率。•美RearchSeeds公司的转基因根瘤菌RMBPC-2已于1997年获准进行商业化生产；我国中科院、广东微生物所和中科院上海植生所研制的联合固氮菌AC-1541已获准在辽宁生产；中科院植物所和中国农大联合研究的玉米联合固氮耐铵工程菌E7已获准在黑龙江进行环境释放。第二节动物用转基因微生物安全性评价•动物用转基因微生物与动物和人类健康密切相关，也是公众最关心和最顾虑的一类转基因生物。•微生物生长繁殖快、变异类型多，有许多类型本身就是动植物的病原体。因此，转基因微生物向环境中释放有可能会带来一系列的安全问题。•由于转基因微生物种类及其应用环境的多样性,也由于对转基因工作可能产生的各种表型变异及其作用还缺乏足够和充分的了解,因此现阶段对其安全性的评价一般采取个案分析的原则。•大面积释放之前必须对转基因微生物在环境中发生基因转移的潜力、存活能力、扩散能力及对生态系统的潜在影响等进行生态学研究和风险评价，还要探索有效的检测方法和风险评价策略。一、受体微生物的安全性评价1受体微生物概述•受体微生物是被导入了重组DNA的微生物，其安全性评价要考虑以下几个方面。•受体微生物背景资料和生物学特性：分类地位、天然野生还是人工培养、应用情况、是否对人畜产生过不良影响、演变为有害生物的可能性、繁殖与扩散方式。•受体微生物所适应的生态环境：地理分布、自然生境、生长发育要求、与其他生物的生态关系，对生态环境的影响及潜在危险性。•受体微生物的遗传变异：遗传稳定性、质粒稳定性及其潜在危险、转座子状况及潜在危险、是否发生过对人畜有危害的变异、自然条件下与其他微生物、动物发生基因重组的可能性、监测和监控的可能性。2受体微生物安全等级•根据《农业转基因生物安全评价管理办法》第十一条有关标准，分为I-IV级，即：不存在危险、低度危险、中度危险、高度危险。•常用的受体微生物的安全等级如下：巴斯毕赤酵母GS115和啤酒酵母AB103定为I级；大肠杆菌BL21定为I级；禽痘病毒定为I级；痘苗病毒和腺病毒定为Ⅱ级；沙门氏菌和志贺氏菌定为Ⅱ级；单核细胞增生李斯特菌定为Ⅲ级；重组卡介苗(分枝杆菌属)定为I级；啤酒酵母大肠杆菌痘病毒腺病毒沙门氏菌志贺氏菌李斯特菌分支杆菌二、转基因操作的安全性评价1转基因操作安全性评价概述•所引入的基因或将被修饰的性状的特性。•实际插入的序列及操作过程中将被删除的序列：大小和结构、性状和功能、序列信息及拷贝数。•目的基因与载体构建的图谱：载体的特性、安全性和各插入片段的资料；能否向不含该类基因的微生物转移及风险预测。•基因操作方法：基因操作对受体生物安全等级的影响；目的基因表达的稳定性及其检测；重组DNA的分子结构、复制特性和安全性。•基因操作影响的类型：类型1-增加安全性；类型2-不影响安全性；类型3-降低安全性。3常用菌株转基因操作的安全性•酵母菌转入的表达基因：抗菌肽基因、植酸酶基因、生长素基因、甘露聚糖酶基因。基因操作对酵母菌安全性影响：定为类型2•大肠杆菌：转入的表达基因：生长素基因、酸性植酸酶基因、猪防御素基因。基因操作对大肠杆菌安全性影响：定为类型2•痘苗病毒、禽痘病毒和腺病毒：转入的表达基因：病原体抗原基因、血凝素基因、肿瘤抗原基因、胸苷激酶基因、重组病毒等基因操作对其安全性影响：定为类型2•沙门氏菌转入的表达基因：病原体抗原或抗原亚单位基因基因操作对其安全性影响：定为类型2•志贺氏菌转入的表达基因：大肠杆菌肠毒素基因、动物抗原蛋白基因、大肠杆菌菌毛抗原基因基因操作对其安全性影响：定为类型2•李斯特菌转入的表达基因：病原体抗原或抗原亚单位基因肿瘤抗原基因。基因操作对其安全性影响：定为类型2•重组卡介苗转入的表达基因：病原体抗原或抗原亚单位基基因操作对其安全性影响：定为类型2三、动物用转基因微生物的安全性评价1动物用转基因微生物安全性评价的内容•动物用转基因微生物的生物学特性。•动物用转基因微生物对动物的安全性。•动物用转基因微生物对人类的安全性及潜在危险。•动物用转基因微生物对生态环境的安全性。•动物用转基因微生物的检则和鉴定技术。•动物用转基因微生物的安全等级分为4个等级其评价标准考虑：受体微生物安全等级I-IV级基因操作的影响类型1-3类型综评价之后确定：转基因微生物的安全性I-IV级受体安全等级基因操作转基因微生物安全等级I类型12安全等级I类型3安全等级IⅡⅢⅣ安全等级Ⅱ类型12安全等级IⅡ类型3安全等级ⅡⅢⅣ安全等级Ⅲ类型1安全等级IⅡⅢ类型2安全等级Ⅲ类型3安全等级ⅢⅣ安全等级Ⅳ类型1安全等级IⅡⅢⅣ类型2安全等级Ⅳ类型3安全等级Ⅳ2几种代表性受体微生物转基因后的安全性•转重组抗菌肽基因酵母菌：华南农大、深圳艺鹏公司、广州微生物所和广州华桑公司联合研制，已通过中间试验和环境释放安全性评价，在动物体内未检出残留，2004年7月获农业部批准生产。•痘苗病毒-狂犬病毒糖蛋白G重组体：已在多个国家批准注册，我国评定的安全等级为Ⅱ级。•转基因禽痘病毒：已用于生产抗鸡新城疫疫苗、H5亚型禽流感疫苗、狂犬病毒糖蛋白重组疫苗，根据我国有关机构和部门的安全性评价，其安全等级为Ⅰ级，可望不久的将来投入生产。•转p53基因腺病毒：导入了肿瘤抑制基因p53，其产品为“今又生”重组人p53腺病毒注射液，已获国家药监局批准生产，其安全等级为Ⅱ级。•转基因沙门氏菌：主要用于生产重组病原生物抗原疫苗、抗肿瘤疫苗和口服生长抑素疫苗，经安全性评价其安全等级为Ⅱ级。其安全性主要是针对沙门氏菌的担忧，且动物实验中过量服用可导致细胞结构受损并引起部分动物死亡。•转基因志贺氏菌：还未获批准进入商业化生产，经安全性评价其安全等级为Ⅱ级。其主要的副作用是引起炎症和发热。•转基因单核细胞增生李斯特菌：还未获批准进入商业化生产，经安全性评价其安全等级为Ⅱ级。由于其宿主范围较广，载体安全体系复杂，存在一定安全问题，其应用可能受限。•转基因（重组）卡介苗：已有多种疫苗进入临床Ⅰ期试验，尚未获批进入商业化生产，经安全性评价其安全等级为Ⅰ级，具有较高的安全性。3减毒病毒和细菌疫苗中存在的隐患•毒力及反应原性回复：减毒表型要稳定并防止回复突变造成毒力回复，可用双基因缺失突变解决；•水平基因转移：含外源基因的活载体即转基因生物体释放在环境中，可能引起转基因的水平转移。如果转基因微生物毒株或外源基因片段带致病基因