浅谈基因工程与人类健康
王招弟
经济管理学院 14会计4班 2014333500170 摘要：基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程在世界范围内发展迅速，渗透科学各个领域。其中包括基因制药、转基因技术的发展及应用等，回顾生物技术的每一步发展都为人类的健康做出了巨大的贡献。
关键词：基因工程、基因制药、转基因技术、人类健康
20世纪80年代以来，运用基因工程技术已成功生产出白细胞介素-
2、尿激酶、乙型肝炎苗等，临床上发挥了重要作用。目前人类已知至少五千多种疾病的发生都直接或间接与基因有关，如肿瘤、高血压、糖尿病、肥胖、艾滋病，如何根治这些疾病还需人类基因组的进一步研究。2003年4月中国、美国、英国、日本、法国、德国六国政府首脑联合发表了《六国政府首脑关于完成人类基因组序列图的联合声明》宣布：国际人类基因组测序协作组已经解读了人类生命密码书中所有章节的秘密，完成了人类基因组的“完成图”，并且全世界都可以不受限制地免费获取这些信息。日前美国奎格・文特研究所和多伦多儿童医院以及加州大学的研究者第一次向世界公布了个人的二倍体基因组序列。
有关基因工程与人类健康的密切联系，我将从以下几个方面展开叙述。
一、基因制药
科学家预言,下个世纪的药物主要是基因药物。在庞大的“人类基因组”这台大戏中,基因药物扮演了一个重要角色。尤其是针对一些遗传疾病与疑难顽症,基因药物把传统疗法上升到了基因疗法。
随着基因工程的发展,将相应的人体遗传物质(基因)转移到不同的微生物中,制造出如胰岛素、干扰素、生长激素等药物,已成现实。科学家在牛羊中植入人类基因,使这些动物的乳汁内含有人类血液的主要成分，如特有的蛋白质、使血液凝结的成分和抗体等等。科学家还把基因切开、粘上,从一种植物转移到另一种植物,从一种动物转移到另一种动物,把切下的基因植入任何生命细胞中,从而获得重要而廉价的药品。法国的科学家最近发现,在玉米、油菜、烟草等植物中,含有类似人体的血红蛋白基因,如加人铁原子,就可以造成人体所需的血红蛋白。人休血液主要由血浆、血球和血小板3种成分组成,而血红蛋白是血球的重要组成部分。一旦这项试验成功,由植物制造的人体需要的血液,将为人类提供取之不尽、用之不竭的血源。这种血液的优点,不会给人体造成因输血感染而引发的艾滋病、肝炎等疾病,也不会出现人体免疫系统的排异现象。
美国科学家研究发现的一种“减肥”基因,能够促使人体细胞消耗更多的热女,降低形成脂肪堆积导致肥胖,从而达到减肥目的。现在,科学家们正在寻找这种“减肥”基因的“开关”。如果找到“开关”,那么减肥“基因”就可以使肥胖症患者轻松安全地减肥。
当前,世界上利用转基因家畜生产的药物层出不穷。用转基因牛生产人乳铁蛋白,转基因羊生产抗凝血酶W、血清白蛋白纷纷登场。英国科学家培育的一只名为“贝贝”的母兔带有蛙鱼基因,它生产的奶液中含有能控制人体骨质疏松和治疗其它骨质疾病的小蛋白。这是人类首次在转基因动物的奶液中获得的小蛋白。科学家认为,要大量获取林林总总昂贵的基因药品,最好的办法就是将这些动物进行克隆即无性繁殖,达到“规模化生产”。我国目前已有5种基因新药投人大规模工业化生产,有5种基因药物进人临床试验,有近20种基因药物处于临床前研究。
二、转基因技术的应用
转基因技术是将目标基因导入生物体基因组中，借助导入基因的表达，引起生物体性状可遗传变化的一项技术。转基因技术经过几十年的发展，已经被广泛地应用于多个领域，包括基础科学研究、农业、畜牧业及医学等。 2.1转基因技术研究基因功能
转基因技术最早应用于基因功能的研究，将目的基因导入受体中，研究基因功能，是研究基因功能的常规方法。基因组编辑利器CRISPR/Cas9通过全基因组范围内筛选基因功能已成为十分强大的工具。事实上，科学研究使用的突变体多数基于转基因技术。
2.2转基因技术培育动物新品种
1）改良家畜生长性状。肌肉生长抑制素基因MSTN的功能是抑制肌肉细胞的增殖与分化，去除MSTN基因理论上会使动物体生长迅速，体重显著增加。目前，通过转基因技术得到的MSTN基因缺失突变的纯合体小鼠，其肌肉发育程度显著增加，体重比野生型小鼠重约30%，骨骼肌纤维的数目比野生小鼠高86%。BEEVER等利用ZFN技术敲除了猪的myostatin基因，导致猪骨骼肌纤维增多，瘦肉率显著提升。2015年，QIAN等敲除了梅山猪中的MSTN基因，获得“双肌臀”猪表型。其中，MSTN双等位基因敲除猪8月龄时瘦肉产量高达67%，相比正常猪瘦肉产量多出12%。
2）改良肉质。Fat-1编码ω-3多不饱和脂肪酸脱氢酶，可催化不同的ω-6PUFAs转化成为相应的ω-3PUFAs。将Fat-1基因导入动物体能够快速有效地提高体内ω-3PUFAs的含量。基于这个原理，利用转基因技术将Fat-1基因定点整合至家畜体内，即可获得能够大量产生脂肪中富含多不饱和脂肪酸的，具有特殊肉质的家畜。
3）提高抗病性。利用转基因技术敲除动物体内的某些致病基因，或高表达具有抵抗疾病功能的生物活性蛋白，达到抗病育种的目的。猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSv）能破坏猪的繁殖能力，阻碍猪的生长，俗称“蓝耳病”。该疾病对养猪业具有巨大威胁，且没有能够完全治愈的药。2015年，密苏里大学通过精准的基因编辑技术———CRISPR/Cas9，破坏PRRSv病毒受体CD163基因，使仔猪出生后体内不再产生该受体蛋白，故病毒无法侵染。将PRRSv抗病猪与该病毒接触时，未感染疾病，并且能继续正常生长。 2.3转基因技术被广泛应用于医学研究领域
转基因技术对人类疾病模型研究具有重大意义。其中，猪在解剖学、生理学、遗传学等方面与人类高度相似，转基因猪是研究人类疾病的重要模型之一，利用转基因技术建立人类重大疾病的模型猪，可以为解析人类重大疾病的发生、发展过程以及发病机制提供良好的研究材料。目前已经制备的疾病模型猪包括白化病猪模型、心血管疾病猪模型及糖尿病猪模型等。2015年，哈佛大学和eGenesis公司研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，敲除了猪基因组中可能有害的病毒基因，解决了猪器官用于人体移植的重大难题。
三、基因工程的潜在危害
早在七十年代,基因工程安全性问题就引起了广泛的讨论,人们已注意到基因工程对生态环境、人类健康、伦理道德等可能带来的一些问题。 3.1 对生态环境影响
地球的生命已经存在了三十多亿年,简单的生命经过漫长的进化过程,形成了今天地球上由千万种生物所组成的复杂生态系统。采用基因工程的手段改造生物体,就有可能过快打乱自然界经过漫长时间进化所形成的秩序,破坏生态平衡。转基因生物的代谢产物会向外界环境扩散,造成链锁反应,凭目前的生物技术发展水平,还不能准确预测基因工程生物体及其代谢产物的表现形态和潜在危害,也难以提出针对性的防范措施。基因工程对生态系统的危害体现在下面几个方面: 第
一、基因漂移。导入到转基因农作物中的基因可能由于植物花粉飞扬转移到杂草和其它作物中,如果抗除草剂基因转移到杂草中,就可能产生“超级杂草”。基因漂移将使正常、非目标植物发生基因改变,这个过程很难人为控制,其后果也很难预测。
第二、对非目标生物产生危害。苏云金杆菌晶体蛋白可不加区分地杀死许多种昆虫的幼虫,不仅对害虫有致死作用,对其它昆虫,包括有益昆虫也会致死。1999年发表在《自然》杂志的一项研究表明转苏云金杆菌晶体蛋白基因的玉米花粉被蝴蝶幼虫采食后,会使幼虫致死,而这种幼虫并不是玉米的害虫。
第三、产生有害生物,危害生物群落。对细菌、病毒进行基因改造,可能使无害或弱致病性的细菌、病毒变成有害或强致病性的细菌、病毒,对其它动、植物的生存造成危害,转基因植物有演变成“超级杂草”的可能。转基因动物可能形成“怪物”或优势生物,基因改造的生物体释放到环境,可能通过竞争消除群落中原有的野生种,并通过食物链间接影响群落结构。 3.2对人类健康的影响
很多经基因改造的农作物、动物经过加工成为食品,虽然基因工程技术可大大提高食品的产量和质量,但也可能引起食品成分非预期的改变,对食用者的健康产生潜在的危害。这体现在:是否会含有新的过敏原,抗昆虫农作物是否含有残留的抗昆虫内毒素,抗除草剂农作物是否最终导致除草剂用量增加,引起除草剂在食品中残留。抗病毒农作物中含有的病毒外壳蛋白基因是否会对人体造成危害。如果致病力强的基因改造微生物从试验室逸出并扩散,由于人类对这些新的微生物无免疫力,是否可能会造成疾病流行。 3.3 对伦理道德的影响
基因工程的作用对象是生物体,这样,基因工程的掌握者人本身也成了作用对象。人类科技发展和道德进步并不总是协调的。基因工程与其它科技相比,所遇到的伦理、道德、法律方面的问题更加尖锐,如果不加限制的发展,将会带来意想不到的社会问题。1997年2月,克隆“多利”小绵羊的出现在全世界引起强烈反响。科学家能够复制羊,从理论和技术上讲,复制人也将是可能的。这使人们不由的想到其可怕的后果。基因克隆技术如果应用到人身,将完全打破以往的生育模式。无性繁殖在人身上也可实现。夫妻、父子等基本的伦理关系会变得模糊不清,社会的基本单位———家庭将会消失,现有的社会秩序会打乱,使人类现有的意识形态、宗教信仰、法律制度变得无所适从。对其它动、植物的基因进行随意,甚至恶意的改造、重组,也是对自然界不负责任的行为。人类基因组计划完成后,这可以确定和改造人的致病基因。如何保护个人的遗传隐私将成为一个社会问题。人的基因改造如何来控制,由谁决定对一个人的基因进行改造,基因改造对人类自身的进化有什么影响。如何保证不会改造出“怪人”或“超人”来等都是一些亟待回答的问题。美国在实施人类基因组计划(HGP)一开始就注意到其所带来的社会问题,每年都拨款资助伦理、法律和社会问题的研究。转基因食品也存在一些伦理方面的担忧,将某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们食用的动物中,如将猪的基因转入棉羊中,可能会引起如穆斯林这样的宗教团体的反对,将动物基因转入植物中,会引起素食主义者的反对。
四、基因工程的安全性管理
基因工程对未来科技、经济、社会的影响是不容低估的,许多国家都不会错过基因工程所带来的发展机遇,积极开展研究与应用工作。然而,进行基因工程的研究与产品开发在当今世界已成为一个敏感话题,随时都可能召来一些反对的声音。针对基因工程可能带来的对人类健康和生态环境的危害,一些国家和国际组织制定了一系列的安全管理措施。 4.1 农业基因工程安全性管理
我国的农业基因工程管理办法主要对基因工程体在试验阶段、中间试验、环境释放和商品化生产几个过程进行安全性评价,基因工程体包括植物、动物、植物用微生物、兽用微生物和水生动植物。操作步骤是:(1)根据受体生物的生物学特殊性、演变历史、异化作用等,评价其对人类和生态环境的潜在危害。(2)确定基因操作对受体生物安全等级的影响类型和影响程度。(3)确定遗传工程及其产品的安全等级。通过这些方法,将基因工程的安全等级划分为四个级别,分级申报审批。国际上对基因工程农作物安全性评价的总原则是:促进而不是限制其发展,同时保障人类健康与生态环境,考虑到转基因植物的种类及环境多样性,一般采取个案分析,逐步完善的原则。 4.2 对基因工程食品的安全性管理
FAO和WHO共同于1990年、1996年分别在日内瓦和罗马召开会议,讨论基因工程食品的安全性评价问题。提出了一些基因工程食品安全性评价的原则。首先阐明其分子、生物学和化学特性,了解基因改造所采用的方法。对基因改造后的产物进行化学结构分析,对与传统食品不相同的基因工程食品要进行广泛的毒理学试验,必要时进行营养评价与致敏试验。对基因改造的动物性食品,哺乳动物本身的健康可作为安全性评价的标志。鱼类和无脊椎动物本身可产生毒素,需进一步进行安全评价。对基因改造的微生物食品,如分子、生物、和化学分析与传统食品一致,则主要对其杂质和加工过程进行评价。对已进行安全性评价并已批准的食品,需进行有计划的使用后人群健康监测。2000年3月由经济合作与发展组织(OECD)在英国爱丁堡召开转基因食品安全性会议,会议提出成立国际委员会来评估转基因食品对科学与社会的影响由于国情不同,各国转基因食品管理的政策也不样,日本厚生省宣布,到2001年4月,所有的基因工程食品都必须进行健康测试,目前,这种测试还只是自愿的。印度还没有宣布基因工程食品的管理办法,目前,印度没有种植转基因农作物,也没有基因工程食品出售,但为解决其粮食问题,印度政府积极支持基因工程方面的研究。巴西完全禁止基因工程作物及其产品。欧盟法律规定基因工程食品在销售时,其外包装要标识清楚。非基因工程食品中,基因工程食品混杂的比例不能超过1%。美国的基因工程作物和食品安全性由三个部门管理,食品与药品管理局负责转基因食品的安全性,环境保护局主要评估转基因作物对环境是否安全,农业部的动植物检疫局负责评估转基因作物本身对农业生产是否安全,如是否会成为有害昆虫宿主?作物是否会转变成有害杂草?确定食品中转基因作物的检测方法对转基因食品的安全性评价和标识也很重要。在欧盟,转基因食品的标识问题已成为公众关注的焦点之一,这就要求了解食品加工的原料中有无转基因作物及含量多少,要检测食品中有无转基因作物,首先应了解转基因作物的性状,转基因作物所导入的外源基因的信息。目前,正研究用PCR技术检测转基因作物,分析转基因作物与常规作物的DNA序列的差别,用酶联免疫吸附方法可检测转基因作物中的重组蛋白产物。
五、小结与展望
我国是一个有12亿多人口的发展中国家,发展经济,不断提高人民的生活水平和国家综合实力是当前的现实需要,积极开展基因工程的研究与应用工作,对解决今后的粮食问题、提高农业的科技水平和生产效率,改善生态环境问题,提高人民医疗保健水平都有重要意义,不能错过这一新技术革命带来的发展机遇,应充分利用我国丰富的基因资源,积极稳妥开展基因工程研究与应用,慎重与灵活相结合,加强安全性管理。使我国基因工程研究和应用走上健康发展的道路,在世界高新技术领域占一席之地。
基因工程技术既可造福于人类，也可能引起伦理道德等社会问题，甚至给人类带来灾难性的影响，尤其是对危害性认识不足或被人类滥用时，其潜在危险难以预料。因此人类必须正视这些问题，加强政策导向、完善相关法律制度，对生物技术产业的发展健康加以引导，使其为提高人类健康水平、延长寿命、开发新能源、环境保护方面继续做出贡献。 参考文献：
（1） 赵长志，韩晓松，谢胜松，李长春，赵书红.浅谈转基因技术与产品安全.养殖与饲料，2016.（2） 章荣华.基因工程:人类健康的福音.科学世界，1998.（3） 朱彦涛，徐虹，郭蔼光，等.植物转基因技术与当代社会发展[J].中国农学通报，2008.（4） 储成才.转基因生物技术育种：机遇还是挑战[J].植物学报，2013.（5） 黄志良.基因工程的应用及其安全性管理.生物学杂志，2011.（6） 吴乃虎.基因工程原理（第二版）.北京：科学出版社，1998.（7） 冯斌，谢先芝.基因工程技术[期刊论文].西南农业学报，2002.（8） 郭勇.生物制药技术.中国轻工业出版社，2001.
