从基因是怎样被“转”的，看转基因为什么不安全

顾秀林译 · 2016-08-21 · 来源：人民食物主权

【摘要】随意插入的每一个外源基因片段上的35S启动子，可以把基因扰乱的后果放大。因为这个来自病毒的助推器太强大，它能导致宿主基因表达不稳定，或者激活一些处于沉默状态的生物化学途径。每一种后果都可能会激发产生非预期毒素，或者造成有害处的失衡。

　　【编者按】云南财经大学教授顾秀林正在翻译美国公益律师史蒂芬·德鲁克的书稿《改变的基因，扭曲的真相》，揭露转基因背后的种种黑幕。今天刊登一部分，来揭露转基因技术的粗糙与暴力。

　　给细菌插入不同物种的基因就够困难了，给植物转基因遇到的困难更大。打通细菌的外膜插入基因的那个技术，在植物细胞的防御面前竟然失效了。困难 如此艰巨，失败的尝试多到无以数计，以至于大多数科学家都认为，植物接受外源基因的唯一方式只能通过授粉。虽然后来生物学家终于找到了办法，打破了植物生 命对零星的重编程的抵抗，但是这项任务如此艰巨，以至于从第一个生物工程细菌出现了九年之后，才搞成功第一个基因工程植物。

　　为了实现这个基因转移，能致病的病源物质再一次被起用。

　　这一次用的不是病毒而是一个细菌，它所具有的一个本领在细菌王国里很特别。就像病毒一样，它可以欺骗植物，让植物把它自己的一些基因表达出来，当然是只对它自己有好处，对植物只有害处。这个细菌叫农杆菌。它用来侵染植物的基因是它自己的一个大质粒中的一部分。

　　进攻开始的时候，一大群农杆菌先是探寻植物在受伤时会释放出来的一些化学物质，然后麇集到伤口处，一起穿透叶表面的破口，制造出管状通道插入伤 口近处的植物细胞(它们与其它细菌也做这种连接)，农杆菌就通过这些管道穿透细胞壁，把自己的大段质粒DNA送进植物的细胞核，与细胞核内的天然DNA融 合。来自农杆菌的外源基因随即开动一个进程，把倒霉的宿主变成肿瘤细胞，为农杆菌生产食物。这还没完，备受折磨的细胞繁殖的时候会形成一个被称为“瘿”的 突出的隆起。

　　这种细菌的神奇功能被认识到了，于是一些科学家想，是不是可以把它用作载体来用呢?用它搭载人工选择出来的基因，做转移——能不能把那个肿瘤诱 导(Ti)基因切下来，连接到想转移的那个基因上呢?然而，用已知的可操作方式重组质粒太不容易了。借用一个分子生物学家的话说，这是“很费力的过程，包 括好多个艰苦的步骤。”最终，艰苦的努力得到了收获，生物技术专家们以农杆菌为载体，把他们选中的基因转移到几种植物的DNA上去了。

　　但是困难还有很多。同改变细菌基因时所发生的问题一样，即使一个外源基因被插进去了，由于是来自完全不同的生物，这个基因本身并不能让自己在宿 主内表达出来。植物的基因在自然状态下不能相容于细菌的基因表达机制，反过来也一样，细菌的基因与植物的表达调控系统是有冲突的。有几个获奖项目就是这样 做了跨界的基因转移【译者注：按照分类学，细菌属于微生物界，植物属于植物界;“界”是分类的最高级】。他们不得不修改细菌基因的密码子，让它去迎合植物 的调控系统。

　　做转基因植物所用的那个细菌基因，位于它前后的启动子和终止子也得被删除，因为它们不能和植物的调控系统相互协调。除此之外，细菌的基因序列中 还有一些很特殊的启动子和终止子，也能在植物中操作，它们的功能是激活农杆菌中的Ti基因，在植物体内搞恶作剧制造瘿瘤。这些细菌类似某些植物病毒，其启 动子和终止子已经演化到与植物的转录机制足够接近，甚至能喧宾夺主的程度。生物工程师虽然去除了Ti基因，代之以人工组装组过的基因，却保留了Ti的启动 子和终止子，利用它们来表达人工组装的那些基因。

　　然而，即使插入的DNA表达了，问题还没完结。农杆菌的启动子不能稳定表达多数商业应用中所需要的蛋白质水平，所以还是不得不把它们替换掉。

　　对于生物技术专家来说，很幸运还有一个功能更强大的代用品可用，它可超越任何已知启动子的极限，提高基因的表达水平。但这样一来他们又不得不回 到病毒世界。这个病毒是专门加害于蔬菜的，如菜花、卷心菜、西兰花等。它的感染能力在很大程度上是由于那个强大的启动子，能迫使被入侵的植物持续和大量表 达它的病毒基因。这种病原体被命名为花椰菜花叶病毒，出于技术上的原因，它的强悍基因元件被称为35S启动子。这个启动子不仅强悍，更是长袖善舞。它可以 抑制任何一种植物中的转录酶，只要它能被插入进去。

　　于是生物技术专家高度青睐35S启动子。无论是把细菌的基因插入到植物中，还是把一种植物的基因转移到另一种植物，都要用到它。这是因为，在高 等植物中启动子往往是专有的，也就是说当一个植物的基因被转移到另一个亲缘关系较远的植物中时，带过来的启动子很少能被激活。由于这个原因，35S启动子 被广泛地应用，它存在于目前市场上几乎所有可以找到的转基因食品中，因为生物工程专家总是追求更高的表达水平，他们想要的比大多数基因在本体环境中的正常 表达还要高，所以哪怕是在植物中添加一个自体基因的拷贝，都会采用35S启动子而不是天然的启动子。

　　此外，还有一些物种，甚至连35S启动子放进去都嫌不够有力，生物技术专家不得不改变它的结构，叫它变得超级活跃，在那些植物体内大显身手。

　　改进版启动子35S可以刺激几乎任何一种植物物种实现惊人的转录水平，农杆菌却不能把它(以及连结在一起的外源基因)送进每一个植物物种里去。不管它的感染范围有多大，终究还有几种植物不向它们屈服;令人沮丧的是，其中有两个是最有经济价值的植物：玉米和大豆。

　　大豆是一个很奇怪的例子。虽然人工提供的细胞有一些能被农杆菌感染并获得一个外源基因和抗生素抗性标记基因，但是这些细胞却无法同没有被感染的 细胞区分开，因为在处理中没有得到抗性标记的那些细胞应该被化学药剂灭活。出乎意料的是，两种大豆细胞竟然在处理中同归于尽了。这个现象被称为“携手崩 溃”

　　玉米更难办。还有几种粮食作物也是这样。起初农杆菌不能侵入任何细胞。更加想不到的是，连电击法也不起作用。

　　所以必须找到另一种方法。唯一正在尝试的办法看起来太古怪，大家都认为它注定要失败，大多数生物学家也对它冷嘲热讽。不料经过几年的尝试，这种 诡异的技术竟然成功了。它被称为粒子轰击或生物弹道法，操作用的装置被称为基因枪。最初这枪发射的是0.22毫米?直径的子弹，弹头上涂着金属颗粒，后来 又在金属颗粒上涂上DNA。让子弹撞上一个障碍物，迫使金属粒子飞进置于培养皿中的准备好的玉米细胞。无数细胞将被摧毁，但外源DNA终将进入极少数幸存 者的基因组(据孟山都科学家说成功率一百万分之一)。基因枪经过很多次更新换代，现在已经不再用宏观意义上的子弹，改为用气流推动微观粒子的“子弹”了。

　　在玉米上获得成功后，生物技术专家紧接着把这个技术用在大豆上，专门对一种不太容易发生“携手崩溃”的细胞下功夫。他们终于把携带外源DNA的金属颗粒轰进了大豆的细胞，终于把转基因大豆植物造出来了。

　　现在我们看到，最主要的两个转基因农作物诞生于微观弹道法的狂轰滥炸，市场上其它转基因农作物则是与病原体死缠烂打出来的成果。我们还看到，用 这个人工设计出来的模式所做的基因转移，都是非常粗糙、非常不精确的。外源DNA片段被随机地塞入目标生物的基因组，研究表明，它们插入的过程通常会破坏 那个DNA区段。一位科学家这样评论：“植物基因的大大小小的删除、重排和冗余插入，显然在每一个操作里都发生了。”

　　还有，基因的插入会打断整个基因组。英国伦敦大学国王学院医学院的分子生物学家，迈克尔·安东尼奥说过，“基因转移过程从总体上讲……会把成百 上千的突变缺陷引入DNA，对于宿主的基因整体功能而言具有潜在的毁灭性后果。”还有这样一个令人吃惊的实验，科学家们利用微阵列技术进行研究，插入一个 单个拷贝的人类基因会如何影响人类细胞中的基因表达。他们检测到5%的基因表达水平因此而显著地升高或降低了。

　　索尔克研究所教授、分子生物学家戴维·舒伯特认为，基因插入的后果如此复杂的原因在于，对于基因的插入，生物体中每一种细胞类型各有各的回应。 他进一步指出，在生物体被插入的不是自体基因而是外源基因的情况下——转基因粮食作物总是这样干的——有机体的基因变化的规模和范围会更大。

　　随意插入的每一个外源基因片段上的35S启动子，可以把基因扰乱的后果放大。因为这个来自病毒的助推器太强大，它能导致宿主基因表达不稳定，或者激活一些处于沉默状态的生物化学途径。每一种后果都可能会激发产生非预期毒素，或者造成有害处的失衡。

　　此外，由于那个35S启动子总是开着，从不关闭，被移植进来的的外源基因不会听从宿主生物体的精巧复杂的控制系统，就像一个入侵的病毒的基因那 样，而本体基因却总是和谐共处的。其结果就是，有机体的每一个细胞都被迫生产本物种中从未有过的一种物质，而且还被迫毫无节制地干——这样干会破坏复杂的 生化反馈回路、合成意外毒素。我们看到在第一章看到，EMS疫情【译者注：好像是日本给美国提供的转基因细菌生产的食品添加剂，导致几十人死亡数千人残废 (没时间去查对)】就是几个基因被迫过度表达造成回路中断，形成了一个或更多的有毒副产物。

　　在那个事件中，过度表达的均非异源基因，而是该生物体的某些基因的多余拷贝。如果是异源基因出事，风险将会更大。这种失控现象是非常不自然的， 它违反了生命系统的一个基本原则：能源有效利用。这是生物体一定要坚守的原则。例如，大肠杆菌进行生命活动需要用的能源来自两种糖：葡萄糖和乳糖。为了利 用乳糖，大肠杆菌必须合成比使用葡萄糖所需要的更多的几种酶，因此只要有葡萄糖可用，支配乳糖酶合成的启动子就不干活，哪怕有很多的乳糖存在。只有当葡萄 糖都用完的时候它们才开动，也就是说，有机体开动一个耗能更多的程序，必定是出于必要而非随意的选择。

　　与此相反的是，病毒启动子颠覆了有机体的节俭原则，迫使它们花费相当大的能量去生产它们不需要的物质。这种持续不断的能量消耗可能是转基因作物减产的原因。例如孟山都公司的抗除草剂转基因大豆减产5%可以直接归咎于基因操作。

　　所以，生物技术专家不仅擅长于使政府对自己的企业管制最小化，他们还有办法为自己插入到目标生物中的外源基因解除监管，而且是彻底的解除。而那个监管体系，本来是属于大自然的。