单纯谈基因技术by SMACs

（由于时间的关系，我只能抽空写一些这方面的实践和感想，不定时地更新一些内容。它是一个开放的话题，欢 迎从事这项工作的人谈谈自己知道的，以及想说的。）

在实验室中进行基因研究时，都会发现对某个已知基因添加、改造或者删除，以及基因产物的过表达，或者新的RNAi的方式抑制表达，多半都会对细胞产生足够 大的影响，而且这个影响几乎都是全方位的。而“没有影响”这个结论很难下，通常都只能说没有可检测到的影响，明确表示是由于各种条件或技术限制，或者因为 专项研究的原因而没有检测到其它影响。胞内的物质，可以说任何一种物质，都不是单一功能的，它们形成了复杂的网络，而面对成千上万的细胞组分，其功能研究 到底有多深入？细胞里产生了多余的物质或者减少了某种物质，或者外界施加了某种刺激，几乎都会涉及到胞内信号的变化，细胞增殖或凋亡，而使细胞呈现某种应 激状态，长时间如此，就会呈现某种“病态”，这些都是潜在的诱癌因素。农作物“癌变”或许是我们并不关心的问题，但这些物质因为过表达而剂量大大增加，从 而对人可能产生的影响，现在的研究才刚刚开始。1983年烟草成为第一个转基因植物，1994年第一个转基因植物西红柿商品化，而2006年才开始，相关 转基因农作物的文献报道陡然增加。
虽然外源基因在细胞内的表达已经是生物研究中非常成熟的技术，但这通常都是用于研究某个具体基因或者产物的功能，生物学真的很难或者说尚没有从理论上证明 这种转移对于细胞、器官乃至个体是绝对无害的，更缺乏那种间接影响（比如通过食物链或者通过影响生态环境而对人产生影响）的研究，因为，实验室做转基因的 研究并不是探讨其安全性这个目的。


(2011-06-25)

问一个简单的问题，windows系统相信大家都很熟悉，我不是IT行业的，想问下在座的哪位有能力根据自己的需要改进windows 7系统的某些表现？别问开放代码的问题，因为生物体对人类也并不是开放代码的；也别说去问微软的工程师，我就是要你从“外人”的角度去破解 并改进这个系统。或许你会说，我做不到，但是当然有人能够做到。这样的话，你不得不承认自己关于“能做到”的信息是来自于你认为权威的人士。

即使在人造的、IT工程师们亲自设计制造的系统面前，当谈及“人工智能”是什么的时候也 会含糊，到了什么程度就算“智能”？比如，现在可以让电脑模拟人的对话，可事实上，我们多数时候其实是在拿电脑出现的莫名其妙的反应而娱乐。再比如，机器 人走路在不久前还是一个很高深的课题，现在机器人似乎已经会跳舞了，但是看看他们的动作，你是否认为可以让现在的他们去参加奥运会的百米赛跑？我们必须认 识到的是，生物体的复杂程度，远远超出了我们的认知水平甚至想象。总没有理由认为生物学家的智商比IT工程师高无数等级吧？尤其当谈及平均智商的时候。那么，就以现在达到的知识水平，你认为生物学者能够精确控制那些非人造物 的什么？

当人类还在茹毛饮血的时候，就会想象生与死意味着什么。时至今日，人们的认识已经达到了分子水平，基因水平，可是仍然面临这样的问题，如何区分生命与非生 命？分子简单到什么程度就归为“非生命”，复杂到什么程度就归为“有生命”？有一本著名的书，估计有不少人都读过，叫做《自私的基因》。书中以进化的观点 认为形形色色的物种是基因为自己的遗传而创造和控制的不同机器，而在进化中保留下来的成功的基因都必然“自私”。我在这里不探讨本书观点的对错，只是想问 为什么，那些嘌呤嘧啶的组合乃至那些碳氢氧原子的组合，会让人联想到“自私”？为什么没见到有人说“自私的氧原子”或者“自私的嘌呤”等等？

还有时侯，哪怕一个好奇的孩子提一个有关生物的问题，都可以让一个生物学家研究一辈子，乃至不断接续新的研究者继续去做同样的事情。比如，“人为什么会生 病”？再比如，“我为什么会觉得疼”、“我为什么跟别人长得不一样”……想象我们走 进黑漆漆的山洞会是什么行为，我们手中的光源从火把、电筒到探照灯，乃至我们觉得大面积的山洞都可以照得富丽堂皇，可是，我们甚至连山洞的边缘在哪里都不 知道。

具有基础生物学知识就了解基因决定蛋白质的表达，我们已经可以把很多物种的基因序列完整地呈现在面前。可是我相信，任何人当看到一大串ATCG的排列组合时都会发晕。数据库已然很庞大，且仍然在不断更新。每个物种拥有如此庞大的序列，而有时却发现产生疾病却仅仅是 一个碱基的突变，比如镰刀型贫血。正常还是不正常，有时仅仅决定于一个关键的位置，由此而产生了分子病理学。不幸得了镰刀型贫血的人多半会早夭，不得不 说，生命，有时其实很脆弱。

当我们说到哪段基因具有什么什么功能时，是通过筛选物种的不同表型，比较它与一般同类的不同。比如利用蛋白组学发现蛋白表达的不同，将这个或这些不同的蛋 白分离出来，分析蛋白序列，利用中心法则反推回它可能的基因序列。或者，同时利用功能基因组学的方法，比较有哪些基因表达发生了变化，从而对映出某个性状 是哪些基因决定的。也有通过同源序列克隆法，通过已知其它物种同源序列的保守区段设计引物，克隆出新物种的相应基因。由于性状往往是由多个蛋白及多个基因 决定的，并且，基因表达往往还有时间和区位依赖性。人们在研究过程中人为地设定了“关键点”，排除掉认为不重要的因素。为了得到所需要的性状，忽略掉与之 平衡对映的多种其它因素。这样的基因，是不是性状最准确的原因？所关心的性状本身，是不是会使得物种产生与之相伴的变化，蓄积在我们不希望它们出现的地 方，这些全都没有回答。比如，人在受到感染有炎症反应时会发烧，发烧会激活人的免疫反应，但是为了提高抗病能力，给人转发烧基因可以吗？

将外源基因导入不同物种，让它表达我们所需要的蛋白，理想的状态是不出现任何无关的意外。这里面有一个很明显的假设，那就是这两个物种使用了完全一致的密 码本、破译法则、翻译机以及包装机等，并且它们从来都不会出错。我承认它们大部分看起来是一致的，但是它们真如我们所希望的那么一致吗？比如密码本，物种 间对于碱基的修饰是否一致？稀有碱基的出现是否一致？信息的长短有没有限制？转基因通常会同时导入一个或两个强启动子，强转录子，用现有的转基因方法（后 文介绍），这些片段其实是被弥散地插入到受体物种基因的不同位置上的，我们是否能肯定它不会由于转座、置换、复制、插入等突变而出现在我们不希望它出现的 地方？又或者存在终止子失灵等情况而产生我们不希望的表达产物？根据现有的筛选方法，实际上，他们只要看到了目标蛋白，就已经去开香槟了，而不管它里面是 不是产生了他们并不关心的东西，也不管他们的目标蛋白是不是发生了微小的变化。由转基因的方式过表达的蛋白，完全超出了细胞自身的纠错能力。其它的还如转 录机、翻译机，包装机等都是如此，它们都是一些蛋白质，相似物种间在功能上相近，序列上也高度保守。但是，人与黑猩猩基因组的DNA序列相似性接近99%，最终得到的结果是一致的吗？事实上，人与猩猩仅有29%的蛋白是一致的（http://www.nature.com/nature/journal/v437/n7055/full/nature04072.html）。看起来如此一致的两套系统，最终产生的结果却非常不一致，其实， 或许只在一些基因关键点以及关键的时间（如胚胎期）方向的决定。

我承认，生物通常是有一定的容错空间的，物种通过庞大的冗余基因而给自己一定的容错性，这保证了生命不会因为偶发的微小突变而致命。但是，我不知道这个容 错空间到底有多大，也不知道长时间在容错状态下运行，对生物体会意味着什么。

转基因技术现在已经成为生物学研究的常规方法，普通实验室仅是用它来作为研究某种目标基因或表达蛋白功能的一个手段，而不是它的安全性。而生物技术公司应 用这项技术，首要目标是提高转基因表达效率，此后，给公众提供一份他们强烈呼吁的“安全性证明”。普通实验室不知道是不是安全的，因为从来没把这项技术与 人的联系变得如此直接。这犹如克隆技术刚刚兴起的时候，讨论克隆人非常热烈。虽然从纯技术角度来讲，许多动物克隆已经获得成功，克隆人应该是可行的，但是 国际上最终普遍结论仍然是禁止生殖性克隆人的研究，可是一些公司却支持这项研究并为个人原因提供这项服务。可以预判，如果克隆动物的技术发展到足够安全， 凭借转基因支持者对于新技术的热爱，多半会支持克隆人的应用。因为，除了性别选择是个问题以外，其余部分“无法证明”与自然生产有什么不同。再想想为什么 在国际赛场上会禁止使用并那么严格地检测兴奋剂，同时，又有人专门设计生产更不容易区分的兴奋剂。假如，给人转基因……“这个运动员本来就很强壮”、“这个女运动员本来就像男人”……兴奋剂中心能检测到什么？

转基因技术本身，除了前面提到过的只注重它的表达效率，而给物种插入了难以受到其自身调控的启动子、转录子等以外，还往往为了筛选的方便而插入了一段抗性 基因，耐受抗生素等。当它们在新物种中表达，并被人吃下去以后，你猜它们会不会完全被降解？我不知道，但是我觉得志愿者很伟大。而更关键的，我认为现在所 谓的“超级细菌”，在很大程度上就是由于这种仅考虑利不考虑弊的基因环境释放造成的。我没有直接的证据，但我希望能够建立这种监控机制。当然，人的智慧是 无限的，你担心什么，就有人“解决”什么。去除筛选标记的方法，作物定位表达的方法，都在后续的研究中出现。其实只要有这方面的动力，人想要欺骗自己是一 件很容易的事情。

在中国，水稻转基因技术已经应用了至少十年，抗病抗逆提高光合作用等的水稻品种都有转基因研究。抗虫害抗除草剂的品种研究时间不算长，大约7-9年。2009年，两株转移抗虫害Cry基因的Bt水稻获得了在湖北种植的安全许可。这大概是世界上最早一批获得政府认 证的转基因主粮，在这一点上，中国在世界范围内领先了。

有时，我看到一些人在问，学生物的人怎么会反对转基因食品呢？“没有什么强烈的证据表明食用转基因食品是有害的”。而我的想法却似乎相反，学生物的怎么会 无聊地支持转基因食品呢？那不是将转基因当成了一项纯粹的没有什么科学含量的技术，一个培训个把月的高中生都能完成的体力活儿，而不是无论从分子、细胞、 组织到个体乃至环境都需要仔细判断的大科学，这不是在侮辱生物研究者的智商吗？对于生物工作不了解的公众或许有这样的可能，可是作为生物研究者，每天重复 去呼吁、支持别人已经发表的某项技术成果，为多半与自己并不相关的研究替别人做耐心的公众解释，而这些研究又没有提出什么有价值的新理论或新技术，这是在 干什么呢？在这里，我要强调一遍，个人从来没有反对过什么转基因技术，只是对其中的不确定因素存疑。当它与亿万人的健康紧密联系的时候，认为政府必须对每 个转基因品种都以认真负责的态度来考虑安全性问题。不能只考虑利，更要考虑弊。并且有必要尽快建立并施行有针对性的严格的监管法律法规，考虑如何建立相对 独立的第三方实验室逐个验证品种的安全性，实行严格的标签制度、过渡期制度和一票否决制度。

 

在这里简单介绍一下转基因技术。

1. 转基因技术的定义

将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgene technology）。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的 同义词。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体（Genetically modified organism，简称GMO）”。

2. 植物转基因工艺

遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养、再生植株而可分成两大类：第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法、PEG法等；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法。

（未完待续）