转基因技术应用及转基因产品安全性研究进展

基因工程随堂作业题目：转基因技术应用及转基因产品安全性研究进展院（系）：专业：班级：姓名：学号：成绩：完成日期：年月日1转基因技术应用及转基因产品安全性研究进展自20世纪80年代以来,转基因技术产业蓬勃发展,为人类解决人口膨胀、食物缺乏、能源匮乏、品种改良、疾病防治和环境污染等问题带来了新的希望。特别是在医药、农牧业、食品等方面体现出了巨大的经济和社会效益。随着转基因生物的商品化、生产规模化,转基因生物在地球上的分布范围也在不断扩大。面对越来越多的转基因生物进入生态系统,人们担心这些生物是否会给生态系统带来难以预料的灾害。此外转基因植物中的抗生素抗性标记基因是否会在肠道中水平转移至微生物,从而影响抗生素治疗的有效性等也备受关注。事实上,转基因技术一出现,它的安全性就受到人们的关注。1转基因技术转基因技术通常也称为基因工程技术或基因(DNA)重组技术,是人为地对生命最基本的遗传单位基因进行直接操作。转基因技术从狭义上说,就是利用分子生物学技术,将某些生物的一种或几种外源基因(目的基因)转移到其他的生物物种中去,从而改造生物的遗传物质使其有效地表达相应的产物,并出现原物种不具有的性状或产物。广义上的转基因技术还包括采用其他方法对生物本身基因进行修饰而使生物体获得新表型的技术。2转基因产品转基因生物则是人类按照自己的意愿,应用转基因技术,把某个生物物种的目的基因(来源于动物、植物、微生物或人工合成)转移或插入到另一个生物物种的细胞中去,通过新转入外源目的基因的作用,对原有生物进行基因的修改,改变原有物种的遗传信息,使该生物物种成为具有或增强人类所需的新性状、品质和特征的新品种。这种可以突破物种界限,在DNA分子水平上有目的地、有效地改造出来的生物,就叫做转基因生物。它可按照人们的意志创造出自然界中原来并不存在的新的生物功能和类型。2.1转基因植物转基因植物是指利用转基因技术将外源目的基因插入到受体植物的基因组中,改变其遗传组成后产生的植物。自1983年第一个转基因生物--转基因烟草问世以来,转基因抗虫植物、抗除草剂植物等相继出现。国外一些公司还把转基因植物作为生物反应器生产一些药用蛋白或疫苗。全球的转基因作物的种植面积2003年达到6770万公顷比1996年(170万公顷)增长了40倍,比2002年(5800万公顷)增长了15%。截止到2003年,全球转基因作物种植面积最多的是美国4280万公顷,占全球总种植面积的63%;中国280万公顷,占全球总种植面积的4%。(1)抗除草剂转基因植物杂草是农作物生产的大害,将抗除草剂基因转入栽培作物,能有效地防治田间杂草,保护作物免除药害。目前从植物和微生物中已克隆出多种不同类型抗除草剂的基因。抗除草剂转基因植物是最先进入田间生产的转基因植物,也是目前种植面积最大的一类转基因作物。(2)抗病毒、抗细菌、抗真菌转基因植物通过导入植物病毒的外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、核糖体失活蛋白基因、干扰素基因等来提高植物抗病毒能力,目前抗病毒转基2因烟草已进行田间试验,且增产效果显著。非植物起源的杀菌肽基因在植物上表达可使植物获得对病原细菌的抗性;植物也拥有抗细菌基因,如：拟南芥Rps2基因和番茄Pto基因,这些基因的转基因植物也可使植物表达对病原细菌的抗性。与抗虫和抗病毒基因工程相比,抗真菌基因工程难度较大,近年来,对植物与真菌病原相互作用的分子机理有初步了解,并完成了抗真菌基因的克隆,抗真菌转基因作物商业化已为期不远。(3)抗虫转基因植物昆虫对农作物的危害极大,目前对付昆虫的主要方法仍然是化学杀虫剂,全世界每年用于化学杀虫的费用高达数十亿美元。但广泛使用杀虫剂不但严重污染环境,而且还诱使害虫产生相应的抗性。采用转基因技术可以将抗虫基因转入作物体中,由作物本身合成杀虫剂,使其获得抗虫特性。抗虫基因主要有毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、植物凝集素基因、淀粉酶抑制剂基因等。自从将苏云金杆菌(Bacillusthuringiensis,简称Bt)的Bt毒蛋白基因导入烟草并成功表达出抗虫特性以来,国内外许多实验室相继获得了抗虫转基因番茄、棉花、水稻、杨树、马铃薯、甘蓝等。(4)抗逆境转基因植物植物对逆境的抵抗一直是人们关心的问题。为提高植物对干旱、低温、盐碱等逆境的抗性,研究人员试图将一些抗逆境基因克隆后转入植物。例如科学家目前已成功地将北冰洋比目鱼的抗冻基因导入草苺中,并在美国上市销售。(5)改良品质的转基因植物通过转基因技术手段,可以提高植物的营养价值(提高蛋白品质、提高能量品质、提高维生素含量、提高微量元素含量),改进食用和非食用油料作物的脂肪酸成分,改善水果及蔬菜的口味等。例如,利用转基因技术在植物中表达编码半乳糖内脂脱氢酶的基因,可以提高维生素C的水平;将由玉米种子克隆的富含必需氨基酸的基因导入马铃薯后,转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高10%以上。(6)控制果实成熟的转基因植物乙烯是植物果实成熟时重要的内源激素,通过控制乙烯合成的关键酶可延长某些水果和蔬菜瓜果的保鲜期;也可通过控制与细胞壁成分降解有关的酶的反义基因,来控制果实变软,延长保鲜期。(7)医药领域中的转基因植物将医用基因转入植物,便可使植物成为具有重要经济价值的异源蛋白的生产体系。例如利用植物种子贮存蛋白高水平表达的特性来生产药用神经肽———亮氨酸脑啡肽。目前,随着儿童初始免疫计划的实施和世界卫生组织(WHO)在全球提倡以疫苗来抵抗感染疾病,人们越来越关注新型疫苗的生产,因此用转基因植物生产食品疫苗成为当前食品生物技术研究的热点之一。转基因植物疫苗是利用基因工程技术,将病原微生物的抗原编码基因进行克隆重组,导入植物细胞生成转基因植物,其表达产物可不经过纯化,人们只要食用这种特殊的“食物”,就可激发黏膜免疫,使机体产生特异性抗病能力;也可提纯后制作疫苗。1997年Arnlzen领导的研究小组进行了首例转基因植物口服疫苗的临床试验,充分证明了这种疫苗对人体是行之有效的。目前,狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等十余种转基因马铃薯、香蕉和番茄的食用疫苗的研究已获成功。已有的研究证明,转基因植物生产口服疫苗可保持天然的免疫原性,并且部分转基因植物疫苗已通过国家安全组织的认定,其基因对人体无毒无害,这使得大规模生产成为可能。32.2转基因动物转基因动物是指利用转基因技术将外源目的基因插入到受体动物的基因组中,使其发生整合并能遗传,即改变其遗传组成后产生的动物。(1)作为医学研究模型的转基因动物自1990年转基因小鼠首先试验成功后,转基因大鼠、转基因家兔的试验相继成功。这些转基因动物作为医学研究的模型,用于疾病的病因、发病机制和治疗等方面的研究。(2)快速生长的转基因动物1985年,我国培育出世界首批快速生长的转基因鱼。此后,又培育出比正常生长速度快3倍～4.6倍的转基因泥鳅。(3)分泌药物和营养保健品的转基因动物将正常人的基因片断导入哺乳动物体内,让这种基因在哺乳动物体内表达,并通过该动物分泌的奶或其他组织,提取获得具有活性的分泌物质,获得大量廉价的珍稀人药用蛋白和营养保健蛋白。我国转基因动物研究成绩斐然,乳腺组织能够表达人药用蛋白凝血因子IX、人生长激素、人红细胞生成素的转基因羊已进入中试和安全性评价阶段。(4)培养人体器官的转基因动物研究转基因动物的重要目的之一是用它来培养人体器官,解决人体器官移植供体短缺问题以及器官移植所引起的免疫排斥反应。2.3转基因食品转基因食品又称基因改良性食品、基因食品、基因改造食品等等。即是直接从转基因生物而来的食品或是以转基因生物为原料生产加工的食品。目前市场上的转基因食品大多是转基因植物食品。3转基因产品的安全性3.1转基因生物对环境的影响(1)转基因生物对生态环境的影响面对越来越多的转基因生物进入生态系统,人们不禁要问这些生物是否会给生态系统带来影响。转基因植物释放到田间后,是否会将基因转移到野生植物中,是否会破坏自然生态环境,打破原有生物种群的动态平衡。在历史上有不少因盲目引入新的生物而造成生态系统失衡的教训,如将野兔引入澳大利亚,将杜鹃花引入英国等等。转基因生物对于生态系统来说虽不是新的物种,但是它把新的性状带进了自己的生境,因此,转基因生物会给环境里的其它生物带来新的环境压力,也对整个生态系统产生了新的压力。此外,在转基因生物中引入的新性状,是否可以使其有可能在其生境中具有较强的持续存在性,或是在天然生境中具有较强的入侵性?这都是需要确定的重要问题。例如:研制成功的一种转基因鱼,可以大幅度地缩短养殖周期、增加产量等,这对于养殖业来说有显著的经济效益。但是,如果由于某种原因使这种转基因鱼逃逸到自然水域中,作为一个外来鱼种所特有的优势,就会逐渐淘汰大量原有的野生鱼类资源,造成鱼类品种单一化。因此,这种转基因鱼只能在绝对封闭的环境中养殖。此外转基因植物的外源基因可通过花粉和种子等途径在种群之间漂流或基因扩散,其所带来的风险有可能转移到杂草,产生抗除草剂的“超级杂草”,或者向其他植物转移,从而对生态环境和生物多样性产生潜在的危害。再者种植抗虫转基因植物后,可对产生免疫的害虫进行选择并可遗传,从而产生4更加难以消灭的“超级害虫”。(2)转基因生物的毒素对环境的影响种植转基因抗虫作物,土壤中杀虫毒素的去向和后果,是一个重要的问题。已证明,转基因Bt植物在整个生活史中均可从根部溢泌出Bt毒素,同时,这种毒素也可以从作物采收后的残余部分中释入土壤。此外Bt毒素可结合并固定于土壤中的组分,并有可能保持几百天的活性。不过毒素需要被摄入体内才有抗虫活性,故认为这些结合在土壤颗粒上的毒素,有可能仅仅潜在地威胁那些以土壤为食物的生物诸如蚯蚓。3.2转基因食品的安全自1983年第一例转基因植物问世以来,植物基因工程发展日新月异。20世纪90年代初,市场上第一个转基因食品出现在美国,此后转基因食品越来越多。据统计,截止2000年,美国食品和药物管理局(FDA)确立的转基因品种就有43个。目前,转基因食品无论在数量上,还是在品种上都已具备了相当的规模,当大多数人尚未认识什么是“转基因食品”时,转基因食品已悄悄走上我们的餐桌。当前,人们最关心的是转基因食品的安全性问题。(1)过敏性过敏是一种免疫变态反应,医学的解释为机体被抗原物质致敏后,再次受同一抗原物质刺激所产生的一种异常或病理性免疫反应,引起过敏反应的物质叫做过敏原。食物中有多种蛋白质,但只有几种蛋白质是过敏原,并且只有某些人对其过敏。转基因食品可能由于所转基因编码已知的过敏蛋白;转入蛋白与已知的过敏蛋白氨基酸序列在免疫学上有明显的同源性等原因而引起过敏。例如:巴西豆蛋白质中,含有对人体有益的蛋氨酸,科学家们为了改良大豆营养,将巴西豆基因转入大豆,而有些人对巴西豆蛋白过敏,因此转基因大豆含巴西豆过敏原,可引起部分人过敏。(2)毒性事实上世界上不存在绝对安全性的食物,只是现有的食品中许多毒素含量都不多,一般不会引起毒性效应。在转基因食品中有些基因的沉默途径可能被激活而产生毒素,低水平的毒素可能在新变种中大量表达,传统食品没有的毒素也可能因此产生。植物里导入了具有抗除草剂或毒杀虫的功能的基因后,它是否也和其他有害物质一样能通过食物链进入人体内,这些都值得关注。Bt的芽抱中分泌一种称为内毒素的蛋白质晶体,这种内毒素是无毒的,但内毒素晶体在昆虫的肠道中溶解,并经过昆虫肠道中的蛋白酶加工,被激活变成了有毒性的蛋白毒素,与肠道细胞表面上的受体结合,造成昆虫肠道穿孔。昆虫因此不再进食,1-3d后饿死。害虫食入Bt转基因作物的叶子后,将会被内毒素毒死。这样农民就可以减少喷洒杀虫剂,既保护了环境,又减少食品中的农药残余量。但是对转基因食品存在质疑的人担心,人和牲畜吃了这种Bt转基因作物是否会中毒。1999年5月Losey等人报道,在一种植物马利筋的叶片上涂上转基因Bt玉米花粉后喂养君主斑蝶(Danausplexippus)幼虫,发现幼虫对叶片就吃得少,长得慢,死得快。4天后,君主斑蝶幼虫的死亡率为44%。而对照(喂食不撒Bt玉米花粉的叶片)无一死亡。不过实验证明Bt杀虫毒素对