單純談基因技術by SMACs

（由於時間的關係，我隻能抽空寫一些這方麵的實踐和感想，不定時地更新一些內容。它是一個開放的話題，歡 迎從事這項工作的人談談自己知道的，以及想說的。）

在實驗室中進行基因研究時，都會發現對某個已知基因添加、改造或者刪除，以及基因產物的過表達，或者新的RNAi的方式抑製表達，多半都會對細胞產生足夠 大的影響，而且這個影響幾乎都是全方位的。而“沒有影響”這個結論很難下，通常都隻能說沒有可檢測到的影響，明確表示是由於各種條件或技術限製，或者因為 專項研究的原因而沒有檢測到其它影響。胞內的物質，可以說任何一種物質，都不是單一功能的，它們形成了複雜的網絡，而麵對成千上萬的細胞組分，其功能研究 到底有多深入？細胞裏產生了多餘的物質或者減少了某種物質，或者外界施加了某種刺激，幾乎都會涉及到胞內信號的變化，細胞增殖或凋亡，而使細胞呈現某種應 激狀態，長時間如此，就會呈現某種“病態”，這些都是潛在的誘癌因素。農作物“癌變”或許是我們並不關心的問題，但這些物質因為過表達而劑量大大增加，從 而對人可能產生的影響，現在的研究才剛剛開始。1983年煙草成為第一個轉基因植物，1994年第一個轉基因植物西紅柿商品化，而2006年才開始，相關 轉基因農作物的文獻報道陡然增加。
雖然外源基因在細胞內的表達已經是生物研究中非常成熟的技術，但這通常都是用於研究某個具體基因或者產物的功能，生物學真的很難或者說尚沒有從理論上證明 這種轉移對於細胞、器官乃至個體是絕對無害的，更缺乏那種間接影響（比如通過食物鏈或者通過影響生態環境而對人產生影響）的研究，因為，實驗室做轉基因的 研究並不是探討其安全性這個目的。


(2011-06-25)

問一個簡單的問題，windows係統相信大家都很熟悉，我不是IT行業的，想問下在座的哪位有能力根據自己的需要改進windows 7係統的某些表現？別問開放代碼的問題，因為生物體對人類也並不是開放代碼的；也別說去問微軟的工程師，我就是要你從“外人”的角度去破解 並改進這個係統。或許你會說，我做不到，但是當然有人能夠做到。這樣的話，你不得不承認自己關於“能做到”的信息是來自於你認為權威的人士。

即使在人造的、IT工程師們親自設計製造的係統麵前，當談及“人工智能”是什麽的時候也 會含糊，到了什麽程度就算“智能”？比如，現在可以讓電腦模擬人的對話，可事實上，我們多數時候其實是在拿電腦出現的莫名其妙的反應而娛樂。再比如，機器 人走路在不久前還是一個很高深的課題，現在機器人似乎已經會跳舞了，但是看看他們的動作，你是否認為可以讓現在的他們去參加奧運會的百米賽跑？我們必須認 識到的是，生物體的複雜程度，遠遠超出了我們的認知水平甚至想象。總沒有理由認為生物學家的智商比IT工程師高無數等級吧？尤其當談及平均智商的時候。那麽，就以現在達到的知識水平，你認為生物學者能夠精確控製那些非人造物 的什麽？

當人類還在茹毛飲血的時候，就會想象生與死意味著什麽。時至今日，人們的認識已經達到了分子水平，基因水平，可是仍然麵臨這樣的問題，如何區分生命與非生 命？分子簡單到什麽程度就歸為“非生命”，複雜到什麽程度就歸為“有生命”？有一本著名的書，估計有不少人都讀過，叫做《自私的基因》。書中以進化的觀點 認為形形色色的物種是基因為自己的遺傳而創造和控製的不同機器，而在進化中保留下來的成功的基因都必然“自私”。我在這裏不探討本書觀點的對錯，隻是想問 為什麽，那些嘌呤嘧啶的組合乃至那些碳氫氧原子的組合，會讓人聯想到“自私”？為什麽沒見到有人說“自私的氧原子”或者“自私的嘌呤”等等？

還有時侯，哪怕一個好奇的孩子提一個有關生物的問題，都可以讓一個生物學家研究一輩子，乃至不斷接續新的研究者繼續去做同樣的事情。比如，“人為什麽會生 病”？再比如，“我為什麽會覺得疼”、“我為什麽跟別人長得不一樣”……想象我們走 進黑漆漆的山洞會是什麽行為，我們手中的光源從火把、電筒到探照燈，乃至我們覺得大麵積的山洞都可以照得富麗堂皇，可是，我們甚至連山洞的邊緣在哪裏都不 知道。

具有基礎生物學知識就了解基因決定蛋白質的表達，我們已經可以把很多物種的基因序列完整地呈現在麵前。可是我相信，任何人當看到一大串ATCG的排列組合時都會發暈。數據庫已然很龐大，且仍然在不斷更新。每個物種擁有如此龐大的序列，而有時卻發現產生疾病卻僅僅是 一個堿基的突變，比如鐮刀型貧血。正常還是不正常，有時僅僅決定於一個關鍵的位置，由此而產生了分子病理學。不幸得了鐮刀型貧血的人多半會早夭，不得不 說，生命，有時其實很脆弱。

當我們說到哪段基因具有什麽什麽功能時，是通過篩選物種的不同表型，比較它與一般同類的不同。比如利用蛋白組學發現蛋白表達的不同，將這個或這些不同的蛋 白分離出來，分析蛋白序列，利用中心法則反推回它可能的基因序列。或者，同時利用功能基因組學的方法，比較有哪些基因表達發生了變化，從而對映出某個性狀 是哪些基因決定的。也有通過同源序列克隆法，通過已知其它物種同源序列的保守區段設計引物，克隆出新物種的相應基因。由於性狀往往是由多個蛋白及多個基因 決定的，並且，基因表達往往還有時間和區位依賴性。人們在研究過程中人為地設定了“關鍵點”，排除掉認為不重要的因素。為了得到所需要的性狀，忽略掉與之 平衡對映的多種其它因素。這樣的基因，是不是性狀最準確的原因？所關心的性狀本身，是不是會使得物種產生與之相伴的變化，蓄積在我們不希望它們出現的地 方，這些全都沒有回答。比如，人在受到感染有炎症反應時會發燒，發燒會激活人的免疫反應，但是為了提高抗病能力，給人轉發燒基因可以嗎？

將外源基因導入不同物種，讓它表達我們所需要的蛋白，理想的狀態是不出現任何無關的意外。這裏麵有一個很明顯的假設，那就是這兩個物種使用了完全一致的密 碼本、破譯法則、翻譯機以及包裝機等，並且它們從來都不會出錯。我承認它們大部分看起來是一致的，但是它們真如我們所希望的那麽一致嗎？比如密碼本，物種 間對於堿基的修飾是否一致？稀有堿基的出現是否一致？信息的長短有沒有限製？轉基因通常會同時導入一個或兩個強啟動子，強轉錄子，用現有的轉基因方法（後 文介紹），這些片段其實是被彌散地插入到受體物種基因的不同位置上的，我們是否能肯定它不會由於轉座、置換、複製、插入等突變而出現在我們不希望它出現的 地方？又或者存在終止子失靈等情況而產生我們不希望的表達產物？根據現有的篩選方法，實際上，他們隻要看到了目標蛋白，就已經去開香檳了，而不管它裏麵是 不是產生了他們並不關心的東西，也不管他們的目標蛋白是不是發生了微小的變化。由轉基因的方式過表達的蛋白，完全超出了細胞自身的糾錯能力。其它的還如轉 錄機、翻譯機，包裝機等都是如此，它們都是一些蛋白質，相似物種間在功能上相近，序列上也高度保守。但是，人與黑猩猩基因組的DNA序列相似性接近99%，最終得到的結果是一致的嗎？事實上，人與猩猩僅有29%的蛋白是一致的（http://www.nature.com/nature/journal/v437/n7055/full/nature04072.html）。看起來如此一致的兩套係統，最終產生的結果卻非常不一致，其實， 或許隻在一些基因關鍵點以及關鍵的時間（如胚胎期）方向的決定。

我承認，生物通常是有一定的容錯空間的，物種通過龐大的冗餘基因而給自己一定的容錯性，這保證了生命不會因為偶發的微小突變而致命。但是，我不知道這個容 錯空間到底有多大，也不知道長時間在容錯狀態下運行，對生物體會意味著什麽。

轉基因技術現在已經成為生物學研究的常規方法，普通實驗室僅是用它來作為研究某種目標基因或表達蛋白功能的一個手段，而不是它的安全性。而生物技術公司應 用這項技術，首要目標是提高轉基因表達效率，此後，給公眾提供一份他們強烈呼籲的“安全性證明”。普通實驗室不知道是不是安全的，因為從來沒把這項技術與 人的聯係變得如此直接。這猶如克隆技術剛剛興起的時候，討論克隆人非常熱烈。雖然從純技術角度來講，許多動物克隆已經獲得成功，克隆人應該是可行的，但是 國際上最終普遍結論仍然是禁止生殖性克隆人的研究，可是一些公司卻支持這項研究並為個人原因提供這項服務。可以預判，如果克隆動物的技術發展到足夠安全， 憑借轉基因支持者對於新技術的熱愛，多半會支持克隆人的應用。因為，除了性別選擇是個問題以外，其餘部分“無法證明”與自然生產有什麽不同。再想想為什麽 在國際賽場上會禁止使用並那麽嚴格地檢測興奮劑，同時，又有人專門設計生產更不容易區分的興奮劑。假如，給人轉基因……“這個運動員本來就很強壯”、“這個女運動員本來就像男人”……興奮劑中心能檢測到什麽？

轉基因技術本身，除了前麵提到過的隻注重它的表達效率，而給物種插入了難以受到其自身調控的啟動子、轉錄子等以外，還往往為了篩選的方便而插入了一段抗性 基因，耐受抗生素等。當它們在新物種中表達，並被人吃下去以後，你猜它們會不會完全被降解？我不知道，但是我覺得誌願者很偉大。而更關鍵的，我認為現在所 謂的“超級細菌”，在很大程度上就是由於這種僅考慮利不考慮弊的基因環境釋放造成的。我沒有直接的證據，但我希望能夠建立這種監控機製。當然，人的智慧是 無限的，你擔心什麽，就有人“解決”什麽。去除篩選標記的方法，作物定位表達的方法，都在後續的研究中出現。其實隻要有這方麵的動力，人想要欺騙自己是一 件很容易的事情。

在中國，水稻轉基因技術已經應用了至少十年，抗病抗逆提高光合作用等的水稻品種都有轉基因研究。抗蟲害抗除草劑的品種研究時間不算長，大約7-9年。2009年，兩株轉移抗蟲害Cry基因的Bt水稻獲得了在湖北種植的安全許可。這大概是世界上最早一批獲得政府認 證的轉基因主糧，在這一點上，中國在世界範圍內領先了。

有時，我看到一些人在問，學生物的人怎麽會反對轉基因食品呢？“沒有什麽強烈的證據表明食用轉基因食品是有害的”。而我的想法卻似乎相反，學生物的怎麽會 無聊地支持轉基因食品呢？那不是將轉基因當成了一項純粹的沒有什麽科學含量的技術，一個培訓個把月的高中生都能完成的體力活兒，而不是無論從分子、細胞、 組織到個體乃至環境都需要仔細判斷的大科學，這不是在侮辱生物研究者的智商嗎？對於生物工作不了解的公眾或許有這樣的可能，可是作為生物研究者，每天重複 去呼籲、支持別人已經發表的某項技術成果，為多半與自己並不相關的研究替別人做耐心的公眾解釋，而這些研究又沒有提出什麽有價值的新理論或新技術，這是在 幹什麽呢？在這裏，我要強調一遍，個人從來沒有反對過什麽轉基因技術，隻是對其中的不確定因素存疑。當它與億萬人的健康緊密聯係的時候，認為政府必須對每 個轉基因品種都以認真負責的態度來考慮安全性問題。不能隻考慮利，更要考慮弊。並且有必要盡快建立並施行有針對性的嚴格的監管法律法規，考慮如何建立相對 獨立的第三方實驗室逐個驗證品種的安全性，實行嚴格的標簽製度、過渡期製度和一票否決製度。

 

在這裏簡單介紹一下轉基因技術。

1. 轉基因技術的定義

將人工分離和修飾過的基因導入到生物體基因組中，由於導入基因的表達，引起生物體的性狀的可遺傳的修飾，這一技術稱之為轉基因技術（Transgene technology）。人們常說的“遺傳工程”、“基因工程”、“遺傳轉化”均為轉基因的 同義詞。經轉基因技術修飾的生物體在媒體上常被稱為“遺傳修飾過的生物體（Genetically modified organism，簡稱GMO）”。

2. 植物轉基因工藝

遺傳轉化的方法按其是否需要通過組織培養、再生植株而可分成兩大類：第一類需要通過組織培養再生植株，常用的方法有農杆菌介導轉化法、基因槍法、PEG法等；另一類方法不需要通過組織培養，目前比較成熟的主要有花粉管通道法。

（未完待續）