天然的轉基因“工程師”及其對轉基因食品的意藴_風聞

轉基因食品與生物醫藥、生物能源一起，成為生物經濟的三大主題，而這三者都與轉基因技術及其應用密切相關。要想正確理解轉基因食品及其安全問題，就應當瞭解轉基因技術的基本原理。

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1| 根瘤農桿菌:天然的轉基因工程師

目前已走向市場的轉基因食品主要是植物轉基因食品，如大豆、玉米、油菜、西紅柿、木瓜等，因而瞭解植物轉基因技術原理就成為理解轉基因食品的基礎和關鍵。相比於成功率依賴隨機性運氣的“基因槍”、“花粉管通道”等方法， “農桿菌介導法”是應用廣泛且比較成熟的轉基因技術。

根瘤農桿菌是一種普遍存在於土壤中的革蘭氏陰性細菌，通常生活在植物根的表面，依靠由根組織滲透出來的營養物質生存，能在自然條件下感染大多數雙子葉植物（瓜、菜、豆、薯及所有水果都是雙子葉植物）的受傷部位，並誘導產生冠癭瘤（圖1所示）[1]。作為一種天然的植物遺傳轉化體系，根瘤農桿菌將外來DNA片段——基因送入植物體內的天然輸送系統，因而被譽為“大自然的轉基因工程師”。

圖1 根瘤農桿菌誘導產生冠癭瘤

從某種意義上講，瞭解根瘤農桿菌的轉基因過程，就好比找到從根本上理解轉基因技術和轉基因食品的鑰匙，有助於消除對轉基因食品的神秘感與恐懼，進而消除對轉基因食品安全的擔憂與曲解。反過來講，不瞭解根瘤農桿菌的轉基因過程，就很難甚至不能從根本上理解轉基因食品乃至轉基因技術。

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2| 根瘤農桿菌的自然轉基因過程

根瘤農桿菌細胞內含有質粒；質粒是細菌內獨立於染色體以外的一段環狀DNA。當根瘤農桿菌感染植物的受傷部位——根頸部或根莖之間，即開始將其質粒（Ti質粒）的DNA（T-DNA）插入到植物基因組的過程[2]109-110。既然進入到植物的基因組，那麼整株植物，包括果實等食用部位，就都含有該菌的基因。這一過程大體包括以下四個步驟：

①建立管道。從管道把根瘤農桿菌的遺傳物質包裹送入植物細胞內。這個包裹含有質粒的DNA片段，即T-DNA——基因。

②DNA結合。如病毒DNA一樣，質粒的T-DNA和宿主植物細胞的DNA結合。

③製造生長激素和特化蛋白質。T-DNA寄宿後，製造植物生長激素和作為細菌養分的特化蛋白質。植物生長激素刺激植物細胞分裂，促使植物細胞快速增殖；特化蛋白質供根瘤農桿菌生長。

④複製並形成“正反饋”迴路。侵入的細菌DNA，不是像病毒一樣大量製造自己的複本，而是會在細胞分裂時和宿主細胞的DNA一起復制，由此可以製造越來越多植物生長激素和細菌養分。可見，細菌DNA寄生植物細胞後，又形成某種程度的“共生”機制——這種寄生性“共生”，類似但不同於固氮根瘤菌進入到豆科植物根內而與植物共生。

這是沒有人工干預的自然轉基因過程。如果對根瘤農桿菌的質粒進行修飾改造，即將目的性狀基因整合進質粒，則得到重組質粒。接下來的工作，便是按照上述的自然轉基因過程機理，就可以將目的基因插入到植物細胞的染色體，亦即植物的基因組之中（圖2示意）。

圖2 根瘤農桿菌轉基因過程示意圖

而重組質粒技術，則是在20世紀70年代初以後限制性內切酶（基因的“剪刀”）、連接酶（基因的“針線”）、DNA測序等技術的發明與融合的基礎上而“水到渠成”。

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3| 根瘤農桿菌的轉基因“作品”自然率真

不同於常規的植物雜交方法——整批地將成千上萬個基因雜合進植物，然後一代又一代地去多年篩選，根瘤農桿菌的轉基因手段是以精確的方式把新的遺傳物質引進一種植物，一次一個基因。這就好比：雜交育種像是揮舞着一把大錘，根瘤農桿菌的轉基因則像是小心地捏着一隻鑷子[2]125，兩種方法的基因轉移的本質相同，但精確性大相徑庭。

與其他基因改造方法如“基因槍”、“花粉管通道”、誘變育種、雜交等含有太多的隨機與“運氣”成份相比，根瘤農桿菌的方法精確無比，具有“藝術家”般的風格：自然、率性、作品精美絕倫。根瘤農桿菌的轉基因技術手段之高明，足以讓人類最出色的基因工程師折服。“師法自然”在此得到經典而又現代的詮釋。

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4| 天然的轉基因“工程師”對轉基因食品的意藴

4.1 轉基因及轉基因食品不違反自然規律

基因是具有遺傳效應的DNA分子片段，吃“基因”或吃“轉基因”並不是什麼稀奇的事。從本質上講，植物雜交也是一類基因轉移過程，而且是大批量轉移。如果説植物雜交多是發生在同一物種或其近緣種之間，不能算作嚴格意義和通俗意義上的“轉基因”的話，那麼，根瘤農桿菌的天然轉基因過程就是發生在不同物種間的基因轉移，即將微生物的基因轉到高等植物中。由此可見，人類在不知不覺中食用過此類天然的轉基因食品達數千年[2]113。

然而，在世界範圍特別是在歐洲和中國，轉基因食品倍受爭議，有關謠言無處不在。面對謠言，根瘤農桿菌像是無聲的實幹家和試驗員，一次又一次地重複驗證自己的工作。根瘤農桿菌的天然轉基因過程同時表明：轉基因可以自然發生。對此，有科學家曾詼諧地説：“其實根癌農桿菌早就‘公然違反了美國國家衞生研究院的方針’，因為它在沒有P4防護設施的保護下，把DNA從一個物種轉移到另一個物種身上”[2]110。

轉基因技術及轉基因食品是對自然規律的進一步認識、有效掌控與運用。

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4.2 轉基因食品研發與生產的現實意義

轉基因食品研發與生產是生物科技融匯發展的結果，生物科技的發展正在促使轉基因基因食品成為生物經濟時代的潮流。

人口增長、耕地面積減少、人均水土資源下降、氣候變化與環境惡化等全球性問題迫使農業必須在增加供給的基礎上實現綠色可持續發展。而轉基因技術因其目的性強、定向改變生物性狀，可以給農業綠色轉型帶來一系列的益處：改善品質、營養、口感、成熟度；抗病蟲害、抗除草劑，以減少農藥等化學品施用量，從而有利於環境；通過便於田間管理與收貯、免耕等方式，以減少成本；直接或間接提高農作物產量；通過培育節水耐旱品種，以充分利用水土資源。

轉基因作物研發環節包括：分離提取目的基因；構建基因表達載體，即將目的基因與農桿菌等載體結合；將目的基因導入受體植物細胞；目的基因的表達和檢測。即便研發出來，還要經過田間釋放試驗、安全證書、品種審定等監管環節，才能規模化生產與上市銷售。不同國家的監管環節略有差異，但研發環節相同；本質上都是保持前沿高技術研發與產業化規制之間的適度平衡。可見，只要明確目的基因的功能，遵循操作規範，加強研發與生產過程的政策監管，便能夠確保轉基因食品安全——具有與傳統食品實質等同的安全性。

中外轉基因食品的研發、生產與消費的實踐同樣證明：自轉基因食品問世20多年來，沒有出現因食用轉基因食品的安全事故。迄今世界幾乎所有的食品安全管理機構和權威研究組織，如世界衞生組織（WHO）、歐盟食品安全局（EFSA）、美國食品與藥品管理局（FDA）、美國科學院、英國皇家學會以及中國的食品安全管理部門，都認為已經批准上市的轉基因食品是安全的[3]。

參考文獻

[1]殷麗君等(編).轉基因食品[M].北京:化學工業出版社,2002,15-18.

[2]詹姆斯·沃森,安德魯·貝瑞. DNA:生命的秘密[M]. 陳雅雲譯. 上海:上海世紀出版集團,2010,109-110;125;113.

[3]袁越. 轉基因30年[EB/OL]. 三聯生活週刊[2013-12-09/2015-01-10],http://www.lifeweek.com.cn/2013/1209/43522_2.shtml.

本文發表在《創新科技》2015年第1期。