劉宇 趙春江

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指基因組中整合有外源基因的動(dòng)物。每個(gè)生物個(gè)體都有一套自己的基因組，不是自己的那就是外源了。那么，外源基因是怎么整合到動(dòng)物體內(nèi)的呢？

顯微注射是很常用的一個(gè)方法，操作者利用極細(xì)的玻璃微量注射針，將外源基因片段直接注射到受精卵、原核期胚胎或培養(yǎng)的細(xì)胞中，通過(guò)基因重組等過(guò)程使外源基因嵌入到宿主的染色體內(nèi)。除此之外，精子載體法、逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)法和轉(zhuǎn)基因克隆技術(shù)也是會(huì)用到的方法。

許多人談“轉(zhuǎn)”色變，認(rèn)為“外來(lái)”的就是危險(xiǎn)的。其實(shí)，轉(zhuǎn)基因并不可怕，科學(xué)家并不是隨意給動(dòng)物引入外源基因，而是賦予其特定的用途，使其造福人類(lèi)。比如，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在生物領(lǐng)域可以用來(lái)研究基因功能；在醫(yī)療領(lǐng)域可為研究疾病的發(fā)病機(jī)理、治療途徑及藥物鑒定提供理想模型，也可以借此獲得異體移植器官、生產(chǎn)珍貴藥用蛋白等；在育種領(lǐng)域可按照人類(lèi)的意愿改良動(dòng)物的遺傳品質(zhì)，還可改良家畜生長(zhǎng)特性，提高飼料利用率和產(chǎn)量。因此，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物有著廣泛的應(yīng)用前景，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究蘊(yùn)含著巨大的價(jià)值。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究模型

今年3月，中國(guó)科學(xué)家李曉江、賴良學(xué)等在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表了建立亨廷頓舞蹈病基因敲入豬模型的論文，該模型為世界首例。顧名思義，亨廷頓舞蹈?。℉D）的癥狀表現(xiàn)為肢體的舞蹈樣動(dòng)作。1872年，英國(guó)外科醫(yī)生喬治·亨廷頓首次描述了該病的臨床及遺傳特點(diǎn)。這是一種遲發(fā)性神經(jīng)退行性遺傳病，具有年齡依賴性和選擇性神經(jīng)元變性的特征，發(fā)病年齡一般為30～50歲，發(fā)病后15～20年死亡。該病主要侵害基底節(jié)和大腦皮質(zhì)，具有高度的區(qū)域選擇性。基底節(jié)運(yùn)動(dòng)通路受損引發(fā)運(yùn)動(dòng)過(guò)度；大腦皮層受損導(dǎo)致患者認(rèn)知功能障礙，晚期HD患者多現(xiàn)癡呆。

不少神經(jīng)性遺傳疾病在高等動(dòng)物間有著相似的神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制，也凸顯了用更接近人類(lèi)的大型哺乳動(dòng)物作為疾病研究模型的必要性。在豬研究模型出現(xiàn)之前，科學(xué)家已成功研制出該疾病的小鼠模型并廣泛應(yīng)用于對(duì)HD的研究之中。但后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，HD小鼠模型的病理表現(xiàn)明顯不同于人類(lèi)，畢竟嚙齒類(lèi)動(dòng)物還是和大體型哺乳動(dòng)物有著很大的差別。

與小型哺乳動(dòng)物相比，豬在遺傳、解剖和生理上更接近人類(lèi)。此外，在考慮研制大型人類(lèi)疾病動(dòng)物模型效率方面，豬繁殖快、產(chǎn)仔數(shù)多，這些也比非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物要更有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)HD豬模型，科學(xué)家首次證明了HD患者的癥狀可在大型哺乳動(dòng)物模型中重現(xiàn)，為深入研究該疾病的發(fā)病機(jī)制、探索有效治療方法打下了很好的基礎(chǔ)。因此，轉(zhuǎn)基因“二師兄”可以為醫(yī)療事業(yè)做出很大的貢獻(xiàn)呢！

食用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物

美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）2015年11月批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)上市銷(xiāo)售，加拿大相關(guān)監(jiān)管部門(mén)也于2016年5月做了相同的決定。

三文魚(yú)學(xué)名鮭魚(yú)，市場(chǎng)上常見(jiàn)的是大西洋三文魚(yú)，口感佳且有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，很受人們喜愛(ài)。但是，無(wú)論是野生還是人工養(yǎng)殖的三文魚(yú)都生長(zhǎng)得很慢，到了冬天更是停止生長(zhǎng)，至少要3年以上才能達(dá)到上市標(biāo)準(zhǔn)，這就會(huì)帶來(lái)價(jià)格高、野生群體數(shù)量急劇下降等連鎖問(wèn)題。此前引起廣泛爭(zhēng)議的用虹鱒在餐桌上代替三文魚(yú)，歸根結(jié)底也還是因?yàn)橐吧后w供不應(yīng)求且價(jià)格太高導(dǎo)致的。轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)的研發(fā)初衷正是為了解決生長(zhǎng)慢這個(gè)難題。那么轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)究竟轉(zhuǎn)了什么基因，來(lái)源于什么動(dòng)物呢？

一共有兩個(gè)基因被轉(zhuǎn)入了大西洋三文魚(yú)中，一種是太平洋奇努克三文魚(yú)的生長(zhǎng)激素基因，另一種是大洋鱈魚(yú)的抗凍蛋白基因。太平洋奇努克三文魚(yú)和大西洋三文魚(yú)同屬鮭科，體型是三文魚(yú)中最大的。大洋鱈魚(yú)是綿鳚科的一種，血液中含有抗凍蛋白，可以在冰封的寒帶海域生存。轉(zhuǎn)入了這兩種基因后，即便在寒冷情況下，轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)也能快速生長(zhǎng)，只要18個(gè)月就能長(zhǎng)大，而且個(gè)頭也比同類(lèi)非轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)要大，飼料也更節(jié)省，因而可以更好地滿足人們的消費(fèi)需求。

即使轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)有這么多優(yōu)點(diǎn)，但人們還是感到很擔(dān)心，主要集中在食品安全和生態(tài)安全方面。其實(shí)大可不必?fù)?dān)心，因?yàn)檫@兩個(gè)外源基因的來(lái)源—太平洋奇努克三文魚(yú)和鱈魚(yú)本來(lái)就是人們餐桌上常見(jiàn)的食物，食用多年并無(wú)問(wèn)題。至于三文魚(yú)中轉(zhuǎn)入了另一種魚(yú)的生長(zhǎng)激素，人們吃了會(huì)不會(huì)引起激素紊亂呢？這也不會(huì)的。因?yàn)樯L(zhǎng)激素是要通過(guò)皮下注射進(jìn)入體內(nèi)才能起到作用，直接口服會(huì)被胃腸道吸收分解成氨基酸吸收，失去效果。除了食用安全性，很多環(huán)保界人士擔(dān)心這些“大家伙”會(huì)影響生態(tài)平衡，畢竟它們要比野生的大西洋三文魚(yú)體型大、生長(zhǎng)周期短，具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。研究者們也早就考慮到了這個(gè)問(wèn)題，目前轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)都在封閉的海島上養(yǎng)殖，魚(yú)苗和育肥期的魚(yú)分別在不同的養(yǎng)殖場(chǎng)。由于魚(yú)苗只能在淡水中存活，一旦它逃出了養(yǎng)殖場(chǎng)營(yíng)造的淡水環(huán)境，周?chē)际呛Ｋ?，根本無(wú)法存活；而育肥場(chǎng)周邊環(huán)境溫度較高，對(duì)于慣于在冷水中生存的三文魚(yú)來(lái)說(shuō)，一旦逃出也不能生存。科學(xué)家的另一項(xiàng)防護(hù)措施是控制轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)為雌性，同時(shí)通過(guò)水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的多倍體繁育技術(shù)，利用熱休克讓魚(yú)卵都為三倍體，這樣萬(wàn)一有魚(yú)外逃，也無(wú)法影響其他魚(yú)類(lèi)。正是由于科學(xué)家對(duì)于轉(zhuǎn)基因安全問(wèn)題的縝密考慮，有效解決了人們所擔(dān)心的問(wèn)題，轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)才通過(guò)了FDA的批準(zhǔn)。作為第一個(gè)被批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因食用動(dòng)物，轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)的整個(gè)研制和審查過(guò)程經(jīng)過(guò)了25年。從這個(gè)例子我們可以看到，研發(fā)者和審批者從外源基因的選擇到解決生態(tài)安全隱患方面都進(jìn)行了謹(jǐn)慎的考量。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥

目前，科學(xué)家們已經(jīng)成功建立了小鼠、兔、豬、山羊、綿羊、奶牛等多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生物反應(yīng)器。有數(shù)百種蛋白在小鼠乳腺中獲得高表達(dá)，多種重要醫(yī)用蛋白已在大動(dòng)物乳汁中被生產(chǎn)出來(lái)，如美、英等國(guó)從轉(zhuǎn)基因山羊獲得的抗凝血酶Ⅲ；從轉(zhuǎn)基因綿羊得到的α-1-抗胰蛋白酶、人凝血因子Ⅳ；從轉(zhuǎn)基因牛獲得的α乳白蛋白、乳鐵蛋白等。生物反應(yīng)器降低了醫(yī)用蛋白的生產(chǎn)成本，挽救了很多人的生命。目前，全球已有十多家公司在開(kāi)展動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。

2006年，美國(guó)GTC公司利用轉(zhuǎn)基因山羊生產(chǎn)的重組人抗凝血酶Ⅲ藥物在歐洲批準(zhǔn)上市，成為世界首例成功上市的以轉(zhuǎn)基因手段生產(chǎn)的藥物，開(kāi)啟了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥的新紀(jì)元?？鼓涪笤谌梭w中主要由肝臟合成，存在于血漿中，是凝血酶的抑制劑，維持抗凝血平衡?；忌峡鼓溉狈ΠY的人，是靜脈血栓栓塞的高危人群。有調(diào)查顯示，約85%的抗凝血酶缺乏癥患者，50歲之前至少發(fā)生一次血栓性疾病，也有相當(dāng)一部分人患上血友病。抗凝血酶缺乏癥的患者治療時(shí)多要使用抗凝血酶濃縮劑，通常利用正常的人血漿制備，這需要成千上萬(wàn)的志愿者獻(xiàn)血，同時(shí)還可能出現(xiàn)病原微生物感染。從人血液中提取的抗凝血酶既供不應(yīng)求，又有安全隱患的問(wèn)題，因此轉(zhuǎn)基因山羊生產(chǎn)的重組人抗凝血酶Ⅲ就應(yīng)運(yùn)而生了?？茖W(xué)家將人抗凝血酶Ⅲ與山羊乳腺特異表達(dá)的基因進(jìn)行整合，然后利用前面我們提到的顯微注射的方法將其轉(zhuǎn)入山羊的受精卵中。整合有人抗凝血酶Ⅲ基因的受精卵，由代孕母羊孕育出生，待長(zhǎng)成成年個(gè)體，其分泌的乳汁中就含有重組人抗凝血酶Ⅲ了，后續(xù)再經(jīng)過(guò)多重加工工藝就能生產(chǎn)成藥物了。值得注意的是，這些山羊都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格體檢并通過(guò)美國(guó)農(nóng)業(yè)部健康認(rèn)證的。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物其他應(yīng)用

除了前面介紹的能為疾病做研究模型的轉(zhuǎn)基因豬、可食用的轉(zhuǎn)基因三文魚(yú)、可以生產(chǎn)藥物的轉(zhuǎn)基因山羊等，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在病毒研究方面也有應(yīng)用。例如，科學(xué)家把人麻疹病毒受體基因CD46轉(zhuǎn)入小鼠中，表達(dá)CD46基因的細(xì)胞可支持麻疹病毒的復(fù)制，激活淋巴細(xì)胞，是一個(gè)很好的疾病研究模型，這些都是普通小鼠不能做到的。

長(zhǎng)期以來(lái)，轉(zhuǎn)基因安全問(wèn)題一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。應(yīng)該說(shuō)對(duì)這一問(wèn)題理性的關(guān)注，推動(dòng)了轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的提高，對(duì)這一新興技術(shù)的實(shí)用化起到很有益的作用。但也應(yīng)看到，有些人對(duì)轉(zhuǎn)基因的態(tài)度是非理性的，尤其是對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)和產(chǎn)品未做深入了解，僅憑主觀判斷就持否定態(tài)度，這一認(rèn)識(shí)狀況對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的合理利用形成了很大障礙。談“轉(zhuǎn)”先別怕，只要對(duì)轉(zhuǎn)基因安全問(wèn)題持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，在技術(shù)手段上采取必要的防范措施，轉(zhuǎn)基因技術(shù)和產(chǎn)品是可以造福人類(lèi)的。