朱作言：轉(zhuǎn)基因魚及其安全性

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世界上首個(gè)獲批供食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)品——水優(yōu)三文魚的上市，成為世界轉(zhuǎn)基因動(dòng)物育種研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的里程碑事件。公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的擔(dān)憂源于對(duì)它的不了解，本文通過對(duì)我國首創(chuàng)的擁有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因魚的培育及其安全性的介紹，以期公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因研究及產(chǎn)品有正確認(rèn)識(shí)。

2015年11月19日，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)20年的嚴(yán)格審核，美國食品與藥品管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)了水豐技術(shù)公司（AquaBounty Technologies）研發(fā)的轉(zhuǎn)“全魚”生長(zhǎng)激素基因的大西洋鮭（AquAdvantage salmon，即水優(yōu)三文魚）為第一種可供食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)品 [1]；2016年5月19日， 加拿大衛(wèi)生部（Health Canada）和食品檢驗(yàn)檢疫局（Canadian Food Inspection Agency）也批準(zhǔn)水優(yōu)三文魚進(jìn)入市場(chǎng)銷售；2017年8月4日，水豐技術(shù)公司宣布在加拿大已售出10 000磅（約4535千克）水優(yōu)三文魚 [2]。首個(gè)獲批供食用的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)品終于被端上人類的餐桌，這是世界轉(zhuǎn)基因動(dòng)物育種研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的歷史性突破和里程碑事件。那么，轉(zhuǎn)基因魚到底是怎么培育的？它安全嗎？

轉(zhuǎn)基因育種及轉(zhuǎn)基因魚的培育

轉(zhuǎn)基因魚及其安全性雜交育種的優(yōu)與劣

自從人們認(rèn)識(shí)到“雜種優(yōu)勢(shì)”現(xiàn)象后，作為品種改良的重要手段，雜交育種長(zhǎng)期以來一直被普遍采用，在推動(dòng)農(nóng)業(yè)進(jìn)步中發(fā)揮了非常重要的作用。實(shí)際上，從現(xiàn)代科學(xué)的角度解讀雜種優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)，就是雜交親本間的基因交換與轉(zhuǎn)移，使得一個(gè)親本的優(yōu)良基因向另一個(gè)親本品種轉(zhuǎn)移。由于兩親本間的基因交換和轉(zhuǎn)移重組是隨機(jī)發(fā)生的，在親本優(yōu)良基因轉(zhuǎn)移的同時(shí)，也伴隨著其他非優(yōu)良基因的轉(zhuǎn)移，因此通過一次雜交不能得到“量體裁衣”的優(yōu)良品種。因?yàn)殡s交子代群體中出現(xiàn)了大量的不定變異，只有通過冗長(zhǎng)的子代雜交和選育，才有可能得到結(jié)合父母本優(yōu)良特性的新品種。但是，即使選育出了優(yōu)良的新品種，育種學(xué)家并不一定知道、也無法控制是什么基因在獲得的這些新品種中發(fā)揮了作用；而且在獲得優(yōu)良目的性狀的同時(shí)，某些非預(yù)期性狀的基因也會(huì)伴隨轉(zhuǎn)移，因此雜交新品種總是帶有某些不良的性狀。如某種魚的肉質(zhì)鮮美深受百姓喜愛，但生長(zhǎng)速度慢；另一種魚雖然生長(zhǎng)速度快，但是非常容易感?。灰赃@兩種魚為親本通過雜交選育的新品種雖然有肉質(zhì)鮮美和生長(zhǎng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但往往容易感病而死亡。

轉(zhuǎn)基因育種的實(shí)質(zhì)

20世紀(jì)生命科學(xué)與技術(shù)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了“量體裁衣”式的定向培育新品種的育種技術(shù)，這就是轉(zhuǎn)基因育種。轉(zhuǎn)基因育種是將決定生物優(yōu)良性狀（如高產(chǎn)、抗病、抗逆等）的基因分離出來，轉(zhuǎn)移到缺乏此優(yōu)良性狀品種的基因組里，從而培育出有優(yōu)良性狀的新品種。比較雜交育種和轉(zhuǎn)基因育種，兩者都是不同生物間基因的轉(zhuǎn)移或重組，但是前者是兩個(gè)親本全基因組之間眾多基因的隨機(jī)交換與轉(zhuǎn)移，不定向，也很難控制；后者則是按預(yù)先設(shè)計(jì)鎖定的單一優(yōu)良性狀，轉(zhuǎn)移相關(guān)基因而培育優(yōu)良品種，是“量體裁衣”式的精確的育種技術(shù)。因此，可以把轉(zhuǎn)基因育種視為一種特殊的雜交育種方式，即以一個(gè)目標(biāo)性狀基因與待改良親本的全套基因組“雜交”，是一種精準(zhǔn)的“分子雜交育種技術(shù)”，是傳統(tǒng)雜交育種的邏輯延伸，具有明確的定向性、精確性和可控性，因而極大地提高了育種效率。

轉(zhuǎn)基因魚的培育

魚類是脊椎動(dòng)物的第一大類群，遺傳資源非常豐富。在不同種的魚之間分別具有生長(zhǎng)速度快、肉質(zhì)優(yōu)、抗病、耐低溫和低氧以及高鹽耐受等不同的優(yōu)良性狀基因，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)可將這些優(yōu)良基因在親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的魚種之間轉(zhuǎn)移，也可對(duì)養(yǎng)殖品種進(jìn)行不受物種間生殖隔離制約的優(yōu)良基因轉(zhuǎn)移和定向育種。比如，將決定生長(zhǎng)性狀的基因轉(zhuǎn)移到肉質(zhì)鮮美但生長(zhǎng)速度慢的魚基因組中，就可以定向培育出肉質(zhì)鮮美且生長(zhǎng)速度快的新品種。

以我國首創(chuàng)的擁有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因魚——冠鯉的培育為例。1990年代，中國科學(xué)院水生生物研究所研究團(tuán)隊(duì)克隆了草魚生長(zhǎng)激素基因和鯉魚β-肌動(dòng)蛋白基因的啟動(dòng)子并進(jìn)行重組，因重組得到的生長(zhǎng)激素基因的結(jié)構(gòu)元件全部來自魚類，不含其他非魚源的基因元件，故稱為“全魚”生長(zhǎng)激素基因，這也是世界上第一批“全魚”基因構(gòu)建體 [3]。采用顯微注射方法，將重組“全魚”生長(zhǎng)激素基因?qū)朦S河鯉受精卵內(nèi)，通過非末端連接修復(fù)機(jī)制，導(dǎo)入的重組“全魚”生長(zhǎng)激素基因在黃河鯉基因組中整合。研究發(fā)現(xiàn)，只有轉(zhuǎn)植基因整合的拷貝數(shù)較少的轉(zhuǎn)基因魚，外源基因表達(dá)效率才呈現(xiàn)較高水平，并能建立穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因魚家系 [4]。經(jīng)過多代選育，最后培育出性狀優(yōu)良的冠鯉。與對(duì)照普通黃河鯉比較，在同等養(yǎng)殖條件下，冠鯉不同家系的生長(zhǎng)速度可提高42%~114.92%，當(dāng)年即可達(dá)到上市規(guī)格，養(yǎng)殖周期因此縮短一半，從而減少養(yǎng)殖成本，降低養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)。

轉(zhuǎn)基因魚的安全性

8月齡冠鯉（平均體重990.7克，下）與同月齡對(duì)照黃河鯉（平均體重461克，上）

             吉鯉（左）及其同月齡對(duì)照鯉（右）

轉(zhuǎn)基因魚的安全性包括食用安全性和生態(tài)安全性。我國及世界各國對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品有嚴(yán)格的管理制度，建立的嚴(yán)格監(jiān)管體系涉及轉(zhuǎn)基因?qū)ο蟮难芯俊a(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的全過程。采用個(gè)案評(píng)估，批準(zhǔn)商業(yè)化的每一種轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品都經(jīng)過了有史以來最嚴(yán)格的生物學(xué)安全檢驗(yàn)，可以說沒有任何一種產(chǎn)品經(jīng)過像轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品這樣嚴(yán)格的管理和檢驗(yàn)。正是因?yàn)閷?duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性設(shè)計(jì)了如此嚴(yán)格的生物安全性評(píng)價(jià)與監(jiān)管體系，所以，聯(lián)合國糧農(nóng)組織、世界衛(wèi)生組織、歐盟食品安全局、美國FDA以及中國農(nóng)業(yè)部等監(jiān)管機(jī)構(gòu)和國際社會(huì)主流科學(xué)界一致認(rèn)為：通過各個(gè)國家批準(zhǔn)上市、獲得安全證書的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品與非轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品一樣安全，可以放心食用。

轉(zhuǎn)基因魚的安全評(píng)價(jià)管理

在轉(zhuǎn)基因魚研制過程中，在實(shí)驗(yàn)室的研究階段就要對(duì)受體魚、目標(biāo)基因所編碼的蛋白質(zhì)、基因操作及基因操作后獲得的轉(zhuǎn)基因魚，以及轉(zhuǎn)基因魚生產(chǎn)加工獲得的產(chǎn)品的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。只有通過了安全性評(píng)價(jià)，在實(shí)驗(yàn)養(yǎng)殖魚池中進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，篩選優(yōu)良性狀的轉(zhuǎn)基因魚品系后，才可以向國家農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理的專門機(jī)構(gòu)提出申請(qǐng)，在具有嚴(yán)格安全監(jiān)控的養(yǎng)殖場(chǎng)池塘中逐步進(jìn)行中間試驗(yàn)、環(huán)境釋放試驗(yàn)、生產(chǎn)性試驗(yàn)等不同規(guī)模的試驗(yàn)，對(duì)轉(zhuǎn)基因魚的安全性進(jìn)行逐步、嚴(yán)格、系統(tǒng)的科學(xué)評(píng)價(jià)。只有提交上一階段的試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告，經(jīng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全委員會(huì)安全評(píng)價(jià)合格并由農(nóng)業(yè)部發(fā)文批準(zhǔn)后，方可根據(jù)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全審批書的要求進(jìn)行后一階段試驗(yàn)。依次完成各階段的安全評(píng)價(jià)后，才可以向國家相關(guān)部門申請(qǐng)轉(zhuǎn)基因品系的安全生產(chǎn)證書，獲準(zhǔn)之后還需要有關(guān)部門審批品種審定、養(yǎng)殖生產(chǎn)和市場(chǎng)準(zhǔn)入等。其繁瑣和嚴(yán)格的程度可見一斑。

轉(zhuǎn)基因魚的食用安全性評(píng)價(jià)

轉(zhuǎn)基因魚可安全食用嗎？包括轉(zhuǎn)基因魚在內(nèi)的所有轉(zhuǎn)基因生物的食用安全性評(píng)價(jià)依據(jù)是國際食品法典委員會(huì)制定的一系列轉(zhuǎn)基因食品安全評(píng)價(jià)指南，按照實(shí)質(zhì)等同性原則進(jìn)行個(gè)案評(píng)估。實(shí)質(zhì)等同性原則是指轉(zhuǎn)基因食品及食品成分是否與目前市場(chǎng)上銷售的傳統(tǒng)食品具有實(shí)質(zhì)等同性，是對(duì)轉(zhuǎn)基因食品與傳統(tǒng)食品相對(duì)的安全性進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)內(nèi)容涵蓋營養(yǎng)學(xué)、毒理學(xué)、致敏性及結(jié)合其他資料進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià)。

以冠鯉和水優(yōu)三文魚為例，個(gè)案評(píng)估的結(jié)果表明，冠鯉與普通黃河鯉、水優(yōu)三文魚與普通三文魚具有同樣的食用安全性。與傳統(tǒng)養(yǎng)殖的黃河鯉、三文魚比較，冠鯉、水優(yōu)三文魚都縮短了生長(zhǎng)周期，節(jié)省了飼料，而這兩種轉(zhuǎn)基因魚的品質(zhì)沒有改變，口感也沒有改變。冠鯉是將鯉魚肌動(dòng)蛋白基因的啟動(dòng)子和草魚生長(zhǎng)激素基因組成的重組基因轉(zhuǎn)移到黃河鯉中，水優(yōu)三文魚是將綿鳚的抗凍蛋白基因的啟動(dòng)子和大鱗大馬哈魚的生長(zhǎng)激素基因的cDNA組成的重組基因轉(zhuǎn)移到大西洋鮭中,因此，冠鯉、水優(yōu)三文魚體內(nèi)分別含有微量的草魚生長(zhǎng)激素、大馬哈魚的生長(zhǎng)激素。激素有很多種，人們聞“激素”而色變的是類固醇類激素，這是一類很穩(wěn)定的化學(xué)小分子激素，食用后會(huì)在身體中積累而發(fā)揮作用。而生長(zhǎng)激素是一種促生長(zhǎng)的蛋白質(zhì)因子，它的化學(xué)性質(zhì)跟甾體類激素完全不同，蛋白質(zhì)分子非常脆弱，即便是在實(shí)驗(yàn)室里，想要得到一個(gè)完整的蛋白質(zhì)分子都非常困難，更何況吃下去后經(jīng)過腸胃消化，被降解成了氨基酸或多肽，就像吃肉、蛋、奶等其他蛋白質(zhì)一樣。按照國際食品安全評(píng)價(jià)規(guī)范，國家監(jiān)管部門通過嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了冠鯉的食物安全性，發(fā)現(xiàn)攝食冠鯉和普通黃河鯉的小鼠及其子代在生長(zhǎng)發(fā)育、器官功能、生殖能力和子代成活率等指標(biāo)上都沒有差別，即冠鯉和普通黃河鯉實(shí)質(zhì)等同 [5-8]。美國的水優(yōu)三文魚也如此，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)20年的嚴(yán)格評(píng)估，發(fā)現(xiàn)水優(yōu)三文魚與普通三文魚一樣可供人類安全食用。

轉(zhuǎn)基因魚的生態(tài)安全

大規(guī)模養(yǎng)殖轉(zhuǎn)基因魚有生態(tài)安全問題嗎？人們對(duì)此的擔(dān)憂有兩方面：一方面是轉(zhuǎn)基因魚釋放或逃逸到自然水體后是否影響其他魚類的生存；另一方面，轉(zhuǎn)基因魚與普通魚雜交后，會(huì)不會(huì)都變成轉(zhuǎn)基因魚。簡(jiǎn)單而言，就是關(guān)心兩個(gè)問題：一是轉(zhuǎn)基因魚的繁殖力，另一個(gè)是轉(zhuǎn)基因的生存力。目前已有大量關(guān)于轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因魚的繁殖力與生存力的研究報(bào)道 [4,9]。

就冠鯉的生態(tài)安全而言，冠鯉的游泳能力、逃避被捕食的能力、對(duì)氨氮和溶氧等環(huán)境因子的耐受力以及性腺的發(fā)育與成熟等都不如普通鯉魚。從分子、個(gè)體、種群和群落等不同水平，全面系統(tǒng)評(píng)價(jià)冠鯉對(duì)生態(tài)環(huán)境的可能影響，發(fā)現(xiàn)在鯉魚自然分布的水域，冠鯉對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的壓力遠(yuǎn)低于普通鯉魚。當(dāng)然，生態(tài)學(xué)研究的明確結(jié)論還需要更大的空間和更長(zhǎng)的時(shí)間。為了從根本上解決人們對(duì)轉(zhuǎn)基因魚生態(tài)安全問題的擔(dān)憂，研究團(tuán)隊(duì)用二倍體的轉(zhuǎn)基因魚與四倍體魚雜交，培育出了一種三倍體的轉(zhuǎn)基因魚——吉鯉 [10]。吉鯉就像無籽西瓜一樣不能繁殖傳代，這就可以確保萬無一失。

就水優(yōu)三文魚的生態(tài)安全而言，2012年，美國FDA完成了水優(yōu)三文魚對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的評(píng)估草案，并將相關(guān)文件進(jìn)行為期3個(gè)月的網(wǎng)絡(luò)公示，主要收集公眾對(duì)于水優(yōu)三文魚對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的反應(yīng)。之后，美國FDA仔細(xì)分析了收集到的來自公眾和環(huán)保組織的反對(duì)意見，認(rèn)為水優(yōu)三文魚的安全評(píng)估已經(jīng)涵蓋和解決了人們所擔(dān)心的問題。轉(zhuǎn)基因魚的安全性應(yīng)以客觀的科學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果為準(zhǔn)則，雖然面臨著強(qiáng)大的輿論壓力，但是2015年11月19日，美國FDA仍然發(fā)布公告宣布水優(yōu)三文魚可供人安全食用 [11-12]。

不可否認(rèn)，人們對(duì)于科學(xué)技術(shù)的認(rèn)識(shí)和科學(xué)成果的傳播及接受需要一個(gè)過程，許多人對(duì)于轉(zhuǎn)基因安全性問題的擔(dān)憂主要源于對(duì)它的不了解，導(dǎo)致對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品帶有偏見，甚至恐懼。因此，科學(xué)普及工作對(duì)于公眾正確認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)基因，以及推動(dòng)轉(zhuǎn)基因研究和應(yīng)用的發(fā)展都非常重要和迫切。

朱作言，研究員，中國科學(xué)院院士；

胡煒，研究員，中國科學(xué)院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

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(轉(zhuǎn)載自：公眾號(hào)“科學(xué)雜志1915”)