我國轉基因動物及其安全性評價發展現狀

盧軍鋒,李 曉,楊公社,史新娥

(西北農林科技大學動物科技學院 動物脂肪沉積與肌肉發育實驗室,陜西 楊凌 712100)

轉基因動物(transgenic animal)是指利用基因工程手段將外源基因有目的、有計劃地導入受體動物的受精卵或胚胎,使之穩定整合于動物基因組并能遺傳給后代的一類動物,包括畜禽、水生動物、節肢動物等。1980年,Gordon等[1]將重組DNA導入小鼠受精卵,這是人類首次對哺乳動物進行人工改造,距今已有37年。

轉基因動物具有廣闊的應用前景,如培育動物新品種(高產、優質、抗病)、探究人類疾病機理、作為生物反應器生產藥用蛋白等。但是轉基因動物也存在諸多問題,如畸形、生長遲緩、不育、抗病力差等。自轉基因技術問世以來,公眾對其安全性一直存有爭議,因此轉基因動物的安全性評價尤為重要。發達國家在不斷發展轉基因技術的過程中逐漸形成了一系列世界公認的轉基因動物安全評價標準和共識性文件。我國在參考這些標準與共識的同時,結合自身國情和發展現狀,陸續頒布了一系列轉基因動物相關安全法律法規,并根據轉基因技術的發展不斷進行修改完善。

1 轉基因動物國內外研究進展

轉基因動物研究起源于20世紀80年代,Palmiter等[2](1982)采用顯微注射法將大鼠的生長激素基因成功導入到小鼠基因組中,這被公認為世界上第一例真正意義上的轉基因動物。此后,科學家先后獲得轉基因非洲爪蟾[3]、轉基因果蠅[4-5]、轉基因綿羊和轉基因豬[6]等。1997年,Wilmut等[7]通過體細胞核移植技術率先制作出世界上第一頭轉基因克隆羊“多莉”,這是人類首次對哺乳動物體細胞核進行移植,同時也改善了轉基因效率低下的問題。2006年6月,世界首個利用轉基因動物乳腺生物反應器生產的基因工程蛋白藥物—重組人抗凝血酶Ⅲ(商品名:ATryn)獲得歐洲醫藥評價署人用醫藥產品委員會的上市許可,標志著通過轉基因動物進行藥物生產進入產業化階段。2015年11月,世界上首例導入外源基因使生長速度變快的轉基因三文魚(商品名:AquAdvanage三文魚)獲得美國食品和藥品管理局(Food and Drug Administration,FDA)批準進入市場銷售,標志著轉基因動物供人類食用邁出了關鍵一步。

我國是世界上較早開展轉基因動物研究的國家。1983年由中國科學研究院朱作言院士聯合中國科學院發育生物學研究所、廣西水產研究所和中國水產科學院長江水產研究所沙市分所的課題組將重組人生長激素基因導入鯽魚受精卵,獲得快速生長的轉基因魚[8]。魏慶信等[9](1992)以湖北白豬為實驗材料,通過顯微注射法和精子載體法導入OMT/PGH基因獲得了轉基因豬。羅軍等[10](1993)用顯微注射法獲得了4只健康轉基因仔兔。國內其他課題組也先后獲得了轉基因小鼠、轉基因克隆牛、轉基因免、轉基因山羊、轉基因豬等。2008年,中國農業大學李寧課題組歷時7年多,成功培育出一批人乳鐵蛋白轉基因奶牛,所產牛奶中的重組人乳鐵蛋白含量為國際最高水平,并具有與天然蛋白相同的轉運鐵、抗菌等生物活性[11]。2011年,內蒙古農業大學李光鵬課題組聯合吉林大學、南京大學、中國科學院動物所的研究團隊成功獲得Fat-1轉基因牛,Fat-1是動物產生n-3多不飽和脂肪酸的關鍵基因,Fat-1轉基因牛的動物產品對于預防人的心腦血管病具有重要價值[12]。2015年,西北農林科技大學陳玉林課題組聯合榆林學院屈雷課題組和南京大學黃行許課題組利用CRISPR/Cas 9基因編輯技術,獲得敲除成纖維細胞生長因子5(fibroblast growth factor 5,FGF5)和肌肉生長抑制素(myostatin,MSTN)基因的羔羊[13],這是世界上第一例家養動物多基因多位點一次性操作敲除基因,對于推動我國乃至世界絨山羊種質資源的創新和產業發展具有重要意義。2017年,華南農業大學吳珍芳課題組將轉基因小鼠的唾液腺作為生物反應器[14],生產出具有良好生物活性的人神經生長因子蛋白(human nerve growth factor,hNGF),該蛋白可用于治療人類小兒腦癱和老年癡呆等神經損傷或退化性疾病,標志著轉基因動物的唾液腺作為生物反應器制備人類蛋白藥物成為現實。

轉基因技術發展的30余年,培育出的轉基因動物不計其數,目前的轉基因動物培育工作主要出于改善動物自身生存、提高動物源性產品的品質和產量、減少動物排泄物對環境的污染和用于生物制藥工程。

2 轉基因動物安全性評價內容

目前世界上轉基因動物安全性評價主要是按照國際食品法典委員會(CAC)、聯合國糧農組織(FAO)、世界衛生組織(WHO)、經濟合作與發展組織(OECD)制定的一系列轉基因生物安全評價標準和共識性文件等全球公認的評價準則來進行。參考全球公認的評價準則,結合我國自身國情和發展現狀,我國頒布的轉基因生物相關安全法律法規有:科技部《中國生物安全框架》和《基因工程安全管理辦法》,農業部《農業生物技術基因工程安全管理實施辦法》和《農業轉基因生物標識管理辦法》,國務院《農業轉基因生物安全條例》和衛生部《轉基因食品衛生管理辦法》等。轉基因動物與其他農業轉基因生物一樣,需要納入生物安全管理,進行安全性評價。

目前我國轉基因動物安全性評價主要內容包括分子特征、遺傳穩定性、健康狀況、功能效率評價、環境適應性、轉基因動物逃逸(釋放)及其對環境的影響以及食用安全(圖1)(中華人民共和國農業部,2017《轉基因動物安全評價指南》)。

動物經過轉基因后,表型及基因型的改變都可能帶來潛在的風險[15]。目前科學技術的發展研究還不可能完全精確地預測某個基因在一個新的環境中會產生什么樣的相互作用,而轉基因動物基因的表達受環境等諸多因素影響,因此分子特征的測定尤為重要[16]。要完全精確地預測轉基因動物的后代遺傳穩定性尚有困難,因此要用適宜的觀察手段考察目標性狀對轉基因動物一生及其所產生后代的情況,研究后代與父代母代在遺傳上的差異,至少連續追蹤不少于2代。另外按照個案分析的原則,對轉基因動物可能導致的獸藥殘留、重金屬、毒素等主要污染物的蓄積進行評價。

圖1 轉基因動物安全性評價內容

3 我國轉基因動物安全性評價現狀

2008年,國家開始實施 “轉基因生物新品種培育重大專項”,這大大促進了我國農業轉基因生物新品種的培育工作。轉基因動物方面是以豬、牛、羊三類動物為重點,以培育抗病、高產、優質、高效的轉基因新品種為中心,重點突破功能基因克隆與驗證、規模化轉基因操作和生物安全評價三大核心技術。2009年,生物育種列入“戰略性新興產業規劃”。最近十年的中央一號文件8次提到轉基因,強調應該加強農業轉基因技術研發和監管,在確保安全的基礎上慎重推廣。

2002年1月5日農業部令第8號公布《農業轉基因生物安全評價管理辦法》,2004年7月1日農業部令第38號進行了修訂,2016年7月25日農業部第7號令再次進行修訂。兩次修訂,優化了管理機制,規范了評價程序,同時提升評價水平,涉及的內容包括明確研究試驗單位第一責任人,要求制定試驗操作規程,將轉基因生物安全委員會委員任期由3年改為5年,同時規定安委會每年至少開展兩次農業轉基因生物安全評審,完善了實驗監管制度等。2016年第五屆安委會成立,共有來自國務院各有關部門推薦的農業、醫藥、衛生、食品、環境、檢測檢驗等相關領域的75名專家學者(包含14名兩院院士),具有廣泛的專業代表性和政府權威性(中華人民共和國農業部,2016《農業轉基因生物安全評價管理辦法》)。這標志著我國轉基因安全評價步入了正軌。

目前,我國轉基因安全評價本著科學合理、個案審查和逐步的原則,將轉基因動物評價等級分為:(1)對人健康和生態環境尚不存在危險,對人健康和生態環境未曾發生過不良影響,或演化成有害生物的可能性極小,或僅用于特殊研究,存活期短,自然環境中仍難以存活;(2)對人健康和生態環境具有低度危險,但通過采取安全控制措施避免其危害;(3)對人健康和生態環境具有中度危險,但通過采取安全控制措施基本上可以避免其危害;(4)對人健康和生態環境具有高度危險,而且尚無適當的安全控制措施來避免其危害。

4 展望

隨著科學技術和社會的進步,越來越多的國家開始重視社會、經濟和環境的可持續發展,開展以現代生物技術為核心的農業技術革命。美國、日本、澳大利亞等發達國家加強了生物育種領域功能基因的挖掘和利用,跨國公司紛紛搶灘登陸,在我國陸續建立研發機構,關注產業核心技術和產品研發的同時積極向基礎研究領域以及產業的上下游延伸。巴西、阿根廷、印度等發展中國家對轉基因研發投入成倍增加,勢頭強勁。我國在取得一系列重大研究進展的同時,也需要時刻保持危機意識和緊迫感。

當前,轉基因動物安全性評價主要集中于動物健康、食品安全、環境安全等方面。而轉基因動物還不可避免地要面對社會公眾的接受認可和倫理道德等問題。獲得社會公眾的認可,使公眾對轉基因有一個更為客觀公正的評價并傳遞生物技術安全信息,我們既要通過嚴謹、準確的科學實驗結果予以證明,更需要注重安全評價性中的非科學因素,冷靜地去分析和面對[17]。另外,動物福利問題也不容忽視,轉基因動物在研究過程中往往很難同時兌現動物福利概念所闡述的5個基本要素(生理、環境、衛生、行為和心理福利),損害它們的健康往往是研究的必經過程[18]。相信隨著現代生物技術研究的深入,轉基因動物安全性評價將朝著便捷、安全、自動化的方向發展。

參考文獻:

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