转基因生物安全与管理

绪论 21世纪是生物的世纪，在生物学研究、开发和应用的各个领域都取得了丰硕成果和巨大成就。生物技术研究突飞猛进的发展及其成果迅速被运用到生命科学的各个领域。例如，利用体细胞培养和转基因技术对农作物品种进行遗传改良，利用细菌发酵技术进行生物制药，重要植物和动物基因组全序列被破译，动物克隆技术的突破，克隆羊、克隆牛和克隆猪的问世，等等，为人类的生存和生活质量的提高带来了无限的契机。尤其是20世纪70年代初重组DNA 技术的建立以及随后的转基因技术的飞速发展，已经或者即将在农业、林业、渔业、医药、轻工以及环境保护等领域发挥重要的作用。不少人认为生物技术将是未来几年高新技术发展的十大重点技术之一。更有人认为生物技术，特别是转基因技术是解决21世纪发展中国家人民粮食安全问题的关键技术。包括转基因技术在内的生物技术的重大突破和贡献，让人类觉得自己似乎可以解决一切问题，人类有能力来改变自然! 1.转基因技术的安全问题与生物安全概念 1)转基因技术的安全问题 众所周知，科学是一把无情的“双刃剑”，正当人类沉浸在生物世纪取得一系列生物研究和广泛的重大突破和成就的惊喜之中时，一系列生物领域内出现的安全问题，如外来种的入侵和疯狂暴发、生物多样性侵蚀、跨国界的畜禽类疾病(如禽流感、疯牛病、口蹄疫)的传播和对人类的不利影响，以及转基因作物或转基因食品研究中出现的不安全可能性的报道等，对人类敲响了警钟。生物技术，尤其是DNA 重组和转基因技术是否存在潜在的危险? 经遗传修饰的产品是否安全可靠? 随着各种转基因作物在实验室的研究成果相继从实验室走向环境，进行大田试验直至大面积的环境释放和商品化生产，*后进入到商品化市场和家庭餐桌，对转基因作物持怀疑态度甚至反对的呼声在国际上也日益高涨，不少国家的民众和一些非政府组织(如绿色和平组织)对生物技术产品的研制、生产和商品化极为不满，对生物技术产品的抗议、游行或抵制的行动也不断出现。人们对生物安全的问题越来越关注，生物安全问题一时间成为国际上争议的焦点。那么，什么是生物安全? 生物安全的问题是如何产生的? 生物安全所涉及的主要内容是什么? 了解生物安全的意义何在? 这都是非常有趣和值得澄清的问题。 2)生物安全的广义概念 生物安全(biosafety)可能是现代媒体中出现*频繁的有关生物学方面的词汇之一。顾名思义，生物安全必定与生物和安全性有关。那么，什么是生物安全呢? 生物安全又与哪些学科有关呢? 我们只有弄清了生物安全的定义，才可能进一步了解生物安全所涵盖的内容、涉及的领域和研究的内容。生物安全有广义和狭义的定义，广义的生物 安全是指“在一个特定的时空范围内，由于自然或人类活动引起的外来种迁入，并由此对当地其他物种和生态系统造成改变和危害；人为造成环境的剧烈变化而对生物的多样性产生影响和威胁；在科学研究、开发、生产和应用中造成对人类健康、生存环境和社会生活有害的影响”。按照上述定义，生物安全所涵盖的内容和涉及的领域非常广泛，包括一切因自然因素和人类活动所造成的与生物有关的安全性问题。因此，生物安全包含了生物技术，外来种入侵和暴发，由人类活动引发的自然灾害、病害的传播流行以及生态环境污染所带来的不安全因素和不利影响。 3)生物安全的狭义概念 本书所讨论的生物安全主要是指与转基因生物工程技术及其产品有关的安全性问题，这是生物安全的狭义概念。即使狭义概念也有不同的定义，通常认为生物安全是指转基因生物技术及其转基因产品从研制、开发、生产到实际应用的整个过程中有关人类健康和生态环境安全的问题。 按照联合国粮农组织(UN/FAO)的定义，生物安全是指“避免由于对具有感染力的有机体或遗传改良有机体的研究和商品化生产而对人类的健康和安全以及对环境的保护带来的风险(The avoidance of risk to human health and safety，and to the conservation of the environment，as a result of the use for research and commerce of infectious or genetically modified organisms.)”。 还有的对生物安全的定义是指达到一种目标，为了保证转基因植物和其他遗传过程有机体及其由生物技术生产的产品的发展和利用不对植物、动物、人类的健康以及遗传资源和环境造成不利影响。 尽管对生物安全的狭义定义具有不同的版本，而且有一些差异，但不难看出，狭义的生物安全强调的是转基因生物技术及其遗传修饰产品在其研究、生产和利用过程中可能对植物、动物、人类的健康和安全、遗传资源和环境带来的不利影响和危害，以及避免这种可能带来的危害的方法、程序及法律措施。 2.生物安全问题的提出 对生物安全的顾虑产生在20世纪70年代初期。生物安全问题的出现是与生物技术特别是DNA 重组、基因工程和转基因技术的发展密不可分的。在转基因生物安全性问题的提出过程中，有两次非常重要的会议：**次是1973年在美国新罕布什尔州举行的Gordon会议上进行核酸问题讨论时，许多生物学家提出了基因工程操作时的安全问题，建议成立专门的委员会来管理重组DNA 的研究并制定指导性的法规；第二次是1975年2月在美国加利福尼亚州的Asilomar举行的国际会议上，科学家正式提出转基因生物安全性问题，并将转基因生物的安全作为基因工程发展中必须考虑的重要问题。 1)转基因技术开创时代 20世纪70年代初期，美国斯坦福大学进行的分子实验开创了基因工程的先河，同时也引发了关于基因工程潜在风险的广泛争论。60年代末，斯坦福大学的生物化学教授Paul Berg开始了对猴病毒SV40的研究。Berg教授考虑使用高等动物的病毒，将外源基因带入真核细胞，并能更好地作为原核基因的载体，因此，他尝试将来自细菌的一段DNA 和猴病毒SV40的DNA 连接起来。通过努力，Berg和他的助手成功地将来源不同的DNA 连接到一起，获得了世界上**例重组DNA。这一重大突破使人类可以通过改变生物体的DNA 来改造生物体。 1971年6月在冷泉港举行的一次生物学会议上Berg教授报告了他们准备将重组的DNA转化到真核细胞中的有关工作，这项研究引起了一些生物学家的注意。一位在冷泉港实验室工作的微生物学家Robert Pollack提醒Berg，他们所研究的SV40是一种小型动物的肿瘤病毒，它能将人的细胞培养转化成人类肿瘤细胞，如果研究中的一些材料扩散到自然环境中，可能成为人类的一种致癌因素而导致一场灾难。这一问题引起了Berg及其同事的高度重视，在咨询了多位有关生物学家并与一些专门从事猴病毒SV40的科学家进行了充分的讨论之后，Berg接受了科学家的建议，于1971年秋暂时终止了将重组DNA 转染细胞的实验，希望对重组DNA 工作的安全性问题有了进一步的认识以后再继续进行实验。 1972年春，加州大学的Boyer实验室从大肠杆菌中分离出一种新的内切核酸酶，命名为EcoRⅠ，它可以在DNA 的特定位置将DNA 切断，而切开的DNA 片段又可以重新连接起来，这种新的内切核酸酶被称为限制性内切核酸酶。生物学家从此而获得了一种“生物刀”，可以对生物体的遗传物质进行各种操作，以改变其遗传特性。后来各种不同的限制性内切核酸酶被陆续发现，使生物学家可以更方便地对各种生物的遗传物质进行操纵。这一系列的发现和研究进展引起了越来越多的人对重组DNA 可能带来潜在危害的深切关注。 2)Gordon会议的早期预警 1973年6月13日美国新罕布什尔州举行了一次被称之为Gordon会议的核酸研讨会，会议讨论了细菌限制性内切核酸酶在DNA 操作中的作用，当Boyer介绍了他与Cohen合作将来源不同的基因进行切割和拼接成基因杂合体的工作后，到会的许多生物学家感到兴奋，同时也对未来大量基因工程的操纵表示担忧。在参会科学家的建议下，大会专门组织了一个关于重组DNA 生物风险性的讨论，并通过了致信美国科学院(NAS)和国家药品研究所(NIM)的决定，呼吁成立专门委员会管理重组的研究工作，制定相应的指导性法规，充分保证基因工程研究中的安全性。美国科学院主席Philip Handler收信后，在理事会上进行了商讨，同意建立一个委员会负责处理重组DNA 技术的安全性问题。 1974年1月，Berg受委托负责这个委员会的工作并开始筹备一个小型的研讨会，于4月在麻省理工学院召开该会议。参加会议的学者包括Watson和Nathans等数位诺贝尔奖获得者，会议后提出了一个报告，总结了Gordan会议以来重组DNA 技术的发展，同时也指出，此类研究如果不加以限制和指导，可能带来生物安全问题。委员会提出如下4条建议。 (1)暂时禁止两类实验的进行。**类是关于制造新的、能自我复制的有潜在危险的质粒实验，这种质粒可能将抗生素的抗性转入其他微生物或将毒性转入无菌苗；第二类是将癌基因或其他动物病毒基因与质粒或其他病毒基因进行连接的实验。全世界科学家都应自觉遵守，直至有合适的方法来评价和控制其可能的危害。 (2)对将动物DNA 和质粒或噬菌体DNA 相连的实验要慎重考虑。 (3)呼吁美国卫生研究院(NIH)建立一个顾问委员会，负责重组DNA 的风险性评价，寻找降低这种风险性的途径，建立准则来指导重组DNA 的研究。 (4)在1975年召开一次国际会议上，从事这方面研究的科学家共同讨论如何对待重组DNA 分子可能带来的危害。 3)Asilomar会议的争论 1975年12月24日至27日，经过Berg等美国著名生物学家的积极筹备，在美国加利福尼亚州的Asilomar举行了关于重组DNA 生物安全性的国际会议。参加会议的有150位来自美国和其他12个国家的代表，他们都是当时分子生物学界的精英。在会议上代表们各抒己见，各自都以大量的实验证据来表明基因的操纵存在着危险性或不存在安全性问题。由此可见，关于基因工程的安全性，一直都存在两种完全不同的意见和观点，这两个对立面都有各自的拥护者，他们从会议的一开始就进行了激烈和广泛的讨论，甚至是争论。剑桥分子生物学实验室的Sydney Brenner教授指出，生物安全的风险不仅仅是对实验室而言，而是一种综合的、长期的效应，它可能对生物及其环境带来一些潜在的、间接的影响，也可能不会在近期表现出来，而经过一个较长的潜伏期后才表现其危害。他认为Asilomar会议是世界分子生物学界的先驱们举行的**次关于生物安全的正式讨论，生物学家应该将目光放长远，采取综合的态度，不要只是将争论的焦点局限在眼前。 Asilomar会议是转基因生物安全的一个重要会议，是世界上**次正式召开的有关基因工程技术即转基因生物安全的会议，会议上热烈地讨论了有关生物安全的一系列问题，并对生物安全更综合和长期的安全性、重组DNA 可能逃逸到环境的问题、转基因实验室的生物防护问题及细节、病毒和大肠杆菌的研究及其可能引起的疾病以及公众参与的关心生物科学发展和生物安全的问题等都作了广泛的讨论。重要的是，大多数生物学家都一致认为基因工程方面的实验应该继续进行，生物学仍要继续发展和进步，但对基因工程可能带来的风险和生物安全问题，应该积极采取相应的防卫措施，以尽可能地预防和避免潜在的风险，但不能因此而使基因工程止步不前。美国卫生研究院发表了Asilomar会议的临时报告，并将此作为全美公有实验室的临时指导文件。Asilomar会议也成为了人类社会对转基因生物安全性及管理具有重大历史意义的会议。 4)引起公共关注 Asilomar会议之后，转基因生物技术得到了突飞猛进的发展，在大量转基因研究的成功实例以及转基因生物不断投放到环境的情况下，生物安