浮现的转基因生物发展和生物安全的思考

浮现的转基因生物发展和生物安全的思考JackA.Heinemann新西兰坎特伯雷大学生物安全综合研究中心摘要在卡塔赫纳生物安全议定书起草的时候，基因是核酸以外物质的概念并不是谈判者脑海中最关注的问题。然而，早在十九世纪五十年代人们就了解一些遗传信息并不是仅限于议定书中核酸的DNA或RNA中。通过正常的生物繁殖，细胞分裂或感染（例如病毒）携带遗传信息的其他物质，被称为外基因以区别基于DNA的基因。这些物质可以是小的分子，例如造成DNA和蛋白质可遗传模式的并且影响基因表达的甲基群，产物和生物效应均可遗传的小分子双链RNA，以及可以遗传的结构被称为淀粉样原纤维的大分子蛋白，并且这种结构或它形成中的媒介都有生物效应。外基因操作是新出现的生成新型生物的一种方法，但是一些制定者认为这种操作超出议定书的范围，因此也是超出协调他们的行为一致于议定书的国内立法的范畴。例如，新西兰环境风险管理局(ERMA)发布了一条政策声明在新西兰有害物质和新物种法案(HSNO)范畴内接触特定种类体外修饰核酸（如RNA）的生物体不是转基因生物。然而，RNA被证实是遗传物质并且符合HSNO法案遗传元素定义，当然也符合议定书的定义。无争议的一个实例是一些病毒的基因组是由RNA构成的，对其进行修饰必须是在HSNO的范围内并且因而由ERMA调解。可以论证的是一些种类的RNA（比如双链RNA）或是自己扩增，或是转移某个特性到生物体中（比如改变基因表达的方式）或到生物体和其子代中，但是制定者否认这些案例在议定书或HSNO法案的范围内。以新西兰作为一个案例来讨论所出现的制造转基因生物的技术意义。我认为双链RNA的利用应该明确的包含于议定书内，因为它符合议定书中现代生物技术字面的定义和条约的实质。其他的外基因离发展更远并且不符合议定书中现代生物技术的字面定义。除非所有参会人对什么构成了现代生物技术产品这一概念达成共识，否则一些开发者将通过与需要很少或不需要安全评价的国家合作得到商业利益，并且接受国可能会进口有潜力危害人类健康和环境的转基因生物而处于危险之中。前言什么是转基因生物？转基因生物通常被认为是现代生物技术的产物，塔卡赫纳生物安全议定书定义的概念特别规定了转基因生物的越界转移活动。现代生物技术是个狭小的技术范围，是描述从正常的生理学环境中取出基因并通过把这些基因重新放进活的生物体中生成产物（或病毒）的过程。这种转基因生物的后代还是转基因生物，即使是通过正常的繁殖，因为他们有父辈遗传的通过现代生物技术产生的基因。议定书明确规定了核酸就是DNA和RNA。即便如此，一些制定者认为并不是所有的DNA和RNA的应用都被议定书管制。然而，基因的概念在变化并且不是所有的携带遗传信息的物质都可以严格的称为是核酸组成的。在卡塔赫纳生物安全议定书起草的时候，基因是核酸以外物质的概念并不是谈判者脑海中最关注的问题。然而，早在十九世纪五十年代人们就了解一些遗传信息并不是仅限于议定书中核酸的DNA或RNA中。(HeinemannandRoughan,2000)。通过正常的生物繁殖，细胞分裂或感染（例如病毒）携带遗传信息的其他物质，被称为外基因以区别基于DNA的基因。这种表达只是一种形式源于许多遗传学家认为的DNA主导的遗传。事实上，外基因在某种意义上就是基因，依靠该物质生物特性可以遗传，就像DNA一样。这些物质可以是小的分子，例如造成DNA和组蛋白类的蛋白质可遗传模式的甲基群，小分子双链RNA，以及可以遗传的结构被称为淀粉样原纤维的大分子蛋白。但是外基因的操作在议定书的范围内么？我将会解释基因的概念及它和生物安全法规的关系。将会以新西兰的研究为例。设定监管的环境在新西兰，环境风险管理局规定了涉及基因修饰的行为。新西兰的法规与议定书一致。在2005年ERMA采取了一个政策把某些形式的调控RNA1看做是在HSNO法令范畴以外(ERMA,2006)。调控性RNA分子从离体的DNA操作中分离，而DNA是生物体基因组稳定的一部分被认为是法案的范围内(p.58ERMA,2006)，同时，调控性RNA分子源于体外合成或生物体提取，随后插入到另一个生物体中被认为是不属于HSNO法案的。排除后面一套导致RNA干扰方法的基本原理声明如下：生物体的分子操作影响细胞内蛋白表达但没有改变生物体基因组。RNA干扰技术不能因此认为是HSNO法案下转基因生物的发展，因为宿主生物的基因并没有被改变，尽管公认的宿主的基因表达方式发生了改变(p.58ERMA,2006)。这个“基因组”的解释，是法案没有定义的一个条款，是不明确的，但是它起到了使某些种类的体外修饰的RNA，源于DNA修饰的RNA和无细胞体系合成的RNA免除风险评价的作用，并且和基因组作为全物质可以转移特征到其他生物和子代的普遍应用的条款相矛盾。这种ERMA在其政策中对RNA干扰有缺陷的描述(p.57-58ERMA,2006)对其政策结论也有影响。当ERMA认为RNA干扰是由mRNA水平直接的正在进行的活动引发时，它忽视了从其他途径引起的重要的RNA干扰的可遗传途径，比如染色体的改变(ChongandWhitelaw,2004,LippmanandMartienssen,2004,MeisterandTuschl,2004)。在对这些问题与ERMA讨论时2，成员称他们认为存在即使是DNA的应用也没有生成转基因生物的案例。在这样的案例中，他们认为ERMA因此可能当其它的发展中利用明确的包含在法案（第二部分和1998年法规）中的同样的技术和分子时不要求开发商来寻求管制批准。以上两个ERMA的解释中有相似之处。本报告阐述了现有的RNA的政策和一些DNA的应用不能生成一个转基因生物的相关事宜，并且考虑对于外基因管理什么政策是合适的，以及这些政策的意义。HSNO法案解析当判断是否暴露于一种物质或一个物质和技术的组合会使生物成为转基因生物时，ERMA必须首先考虑在HSNO第二部分中GMO的定义：任何生物的任何基因或其它物质：(a).通过体外技术修饰；或(b).继承或另外源于任何基因或体外技术修饰的其他遗传物质的许多复制法案明确陈述了两个独立的试验，任何一个对于确定生物是转基因生物都是充分的（图1）。第一个试验只是要求生物获取了体外修饰的遗传物质[例如重组(r)DNA]。如果这些体外构建或派生的物质被认为是遗传物质，这个实验对调控性RNA和瞬间接触的DNA也适用（例如基因或其他物质）。ERMA的策略分析总负责人称ERMA任务是评价在HSNO法律框架下物质是否可以等价替换为“化学制品”。3第二个试验包括了初始GMO的任何后代，所以任何转基因生物的后代都还是转基因生物(p.43ERMA,2006)。有可能会想象（尽管这种假设很难证明）如果所有引起生物体可遗传修饰的分子和分子的作用在后代中丧失，那么子代便不是转基因生物。即使在这种假设的案例中，法案仍要求第一个生物隶属ERMA风险评价管理的范围。HSNO：一个参照物决定什么是转基因生物？这个HSNO框架（由第二部分定义和1998年法规设定，“非转基因生物”）可以被认为是一个参照等级（图1），范围是从一个极端，DNA从一个生物体分离并通过任何一套可行的技术又插入到另一个生物体中，到另一个极端在遗传物质不会在自然的细胞、生理的范畴4释放的条件下整个生物体的或他们细胞的繁殖（例如组培繁殖）。高差异性种类的杂交，是包括在议定书的现代生物技术内的，是如此极端以至于“战胜了自然生理学繁殖或重组的障碍”。1例如，RNA干扰，反义，双链RNA介导的甲基化等等。2与ERMA成员的会议，2007年8月20日。3与ERMA成员的会议，2007年8月20日。4参照等级的参数在1998年HSNO（非转基因生物）中有描述。图1的图示展示了框架结构并且为决策提供了清晰的界限。例如，生物体接受源自通过很多（细菌的）接合复制的rDNA，比起细菌接收通过插入已修饰的接合质粒到最初受体中转化生成的rDNA，并不是含糊不清的基因修饰。但是，导致DNA交换的细菌的接合，没有人类的干涉下已经有百万年的历史，是不在议定书范围内的。图1中间的盒子应该被认为决策者的数字开关，左边的遗传物质有体外5操作祖先来源并且右边的可以遗传的物质并不具有曾体外操作的遗传物质。法案对于什么构成遗传物质是空白的，但是ERMA认为“遗传元素”等同于遗传物质(ERMA,2006)。法案定义的遗传元素是“生物体的任何基因，核酸或其他分子，没有人类的干涉，可以在生物体系中复制并且使一个性质或性状转移到另一个生物或生物的后代中”(Part1s2)。本人同意ERMA观点，遗传元素至少是个子集，如果不代表全套，而所有的可被认为是遗传物质。有这样的框架在脑海中，问题变成RNA和DNA什么时候是遗传物质？相关的问题是什么时候生物成为RNA的转基因生物？这些问题按照RNA的应用考虑的话ERMA认为不生成转基因生物(ERMA,2006)，并且DNA的应用ERMA认为可能不会管制6。因为ERMA必须在法案内操作，笔者争论的是：1.RNA和DNA明确地在法案的范围内，并且2.考虑任何分子被认为在任何环境中是遗传物质需要向ERMA申请缺少适当的预警观点。然后该是ERMA考虑遗传物质是否通过受体或并发的水平转移导致风险并确保其应用的管理。源于RNA应用的转基因生物这部分我将说明遗传元素例如RNA分子的明确的排斥在管制之外(inERMA,2006)，并且DNA通过非正式的ERMA程序被潜在的排斥在规则之外，是应该被调节的。原因如下：•RNA不只是个化学物。它是一个核苷酸，在一系列的生理的和技术的应用上等同于DNA的遗传物质和遗传元素。5体外操作意思是一切从正常的状态和环境中提取遗传物质进行核苷酸酶化重组就像通过限制酶或其他技术。6与ERMA成员的会议，2007年8月20日。图1：从右到左（灰条），性能的累积技术和物质组合论证了这些生成转基因生物符合HSNO法案标准。决定点如虚线所示。•一些RNA分子转移性状到生物中，该性状的遗传可以通过RNA复制或其他遗传物质的复制。•ERMA认可调节导致可遗传变化的其他遗传元素的需要（例如朊病毒），甚至这些变化不是因为特定核苷酸的长久存在而导致的。RNA的可遗传性充分证明它是遗传物质RNA是DNA高度相似的核苷酸。它可以是一些遗传物质/生物的基因组，比如病毒。RNA分子在这些病毒中是基因正如在其他遗传物质和生物中的DNA构成的基因一样。RNA有别于化学物质是因为它在这个范畴内有遗传性。遗传性的证明或是通过RNA跨代传递（例如病毒的子代）或是传染性的传递一些性状（比如病毒感染细胞器的例子）。在RNA-和逆转录病毒的案例中，病毒是通过一种被称为聚合酶的酶，依靠现有的RNA（RNA病毒）或DNA（逆转录病毒）分子作为共同作用因子的酶反应被扩增、复制、繁殖的。这些反应和依靠这些相同或相似RNA聚合酶产生其他RNA分子的反应并没有多少不同。以上的讨论指出不同水平RNA“非遗传物质”和“遗传物质”界限不能清楚划出。RNA是遗传物质，只要它参与无论是自身复制的工具还是感染的或跨代的性状转移的原因的过程，正如遗传元素定义指出的一样。RNA干扰是遗传元素引发的一个特征或性状通常来说，当一个分子（例如DNA）在生物体系中既是一系列的生物化学反应共同作用因子又是反应产物时，它的操作既可以认为是基因又可以是外基因（图2）。DNA合成利用一条链为共同作用因子并且自由的核苷酸为前体。相似的，朊病毒复制的前体是翻译反应提供的。RNA干扰，由dsRNA分子诱导，是一个有时遗传有时自我复制的现象。RNA干扰的特征是由他们自身合成相关的物质决定的。RNA干扰是最近发现的基因沉默的一个机制，可在生物界所有生物中发生。涉及的RNA分子被称为，很多种类，双链分子RNA(DenliandHannon,2003)，小干扰RNA(siRNAs)，重复联合小干扰RNA(rasiRNAs)，微RNA(miRNAs)(MeisterandTuschl,2004)以及小发卡(sh)RNA(Paddisonetal.,2002)，导致了