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其实34年前世界上第一条转基因鱼诞生在中国

《科技生活》周刊||热度 ( )

主粮作物时隔十年后再次拿到转基因生物安全证书,转基因三文鱼也将在美上架。其实我国三代科学家的转基因鱼研究一直世界领先。

记者/王雪莹(实习) 编辑/吉菁菁

新媒体编辑/陈炫之

2019年年底,农业农村部批准为192个植物品种颁发农业转基因生物安全证书目录,其中包括2个玉米品种和1个大豆品种,这是继2009年2个水稻1个玉米获得转基因生物安全证书后,首次有主粮作物获得转基因生物安全证书。

▲上一次的安全证书颁发于 2009 年 8 月 17 日,三张证书中包含了华中农业大学的2种抗虫水稻和中国农业科学院生物技术研究所的转基因植酸酶玉米。

不过,当中国消费者终于有望吃到国产的转基因玉米和大豆时,美国消费者却已经架好平底锅,准备迎接即将在超市上架的转基因三文鱼了。作为全球首个上市的供食用的动物转基因产品,转基因三文鱼备受关注。

2019年年初,美国食品药品管理局(FDA)正式取消对美国生物技术公司水赏科技公司Aqua Bounty Technologies的转基因产品AquAdvantage转基因大西洋鲑鱼卵进口的禁令。转基因鲑鱼使用的生长激素DNA片段源于同一个科下的“大鳞马哈鱼”。蛋白质测试显示转基因鲑鱼在化学成分上与原来并无二致,只是生长速度加快了。

被改造过后的大西洋鲑生长期缩短了超一半(只有18个月),可节省75%的饲料成本。按生长周期计算,预计2020年年中左右,美国消费者就能尝鲜这种转基因三文鱼了。

▲图为总部位于美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市Aqua Bounty Technologies公司研制的转基因鲑鱼(2010年)。

▍转基因三文鱼肉:获取更多、更快、更健康

既然能直接在海里捞三文鱼,那为什么还要费九牛二虎之力,培育转基因三文鱼呢?答案很简单:因为它足够壮、长得快、肉健康,能解决当今三文鱼供不应求的现状。

转基因鲑鱼的平均重量达到了1340克,而普通大西洋鲑鱼的平均重量仅为663克。由于大大缩短了成长周期,因此转基因三文鱼的饲养成本将更低,其受到的污染和体内聚集的有毒物质残留也比普通鲑鱼少得多。

三文鱼爱好者都知道,像大西洋鲑这种野生三文鱼,每年就产一次卵,从一粒卵长成鱼,如果顺利的话最少要花3、5年,碰上天灾人祸可能就要更久。一面是人类吃货停不下来的嘴,一面是“长得不如吃得快”的鱼,眼看着野生三文鱼都要被打捞得绝种了,美国人灵机一动:“转基因,搞快点儿!”

他们将大西洋鲑鱼体内加入大鳞马哈鱼(Oncorhynchus tshawytscha)的基因,使AquAdvantage在“青壮年期”能比非转基因三文鱼长得更快、更大。

▲Aqua Bounty Technologies的转基因三文鱼体积大于同龄非转基因大西洋鲑。(图片来源:newsdeeply)

为了吃,美国人真的是拼了,然而你知道吗,我们中国人其实比他们更拼——最早被人类成功“改写”了DNA的不是这些美国印第安纳州的大西洋鲑,而是由中国科学家自己培育的、黄河流域土生土长的鲤鱼。转基因鱼的研究,凝聚着三代中国科学家的心血与探索。

▍超前的“童鱼”:首次打破遗传不可改变的学说

很多国人并不知道,早在上世纪60年代后期,中国科学家就已经开始了对鱼类细胞核的移植工作,而牵头的正是中国克隆之父、著名生物学和实验胚胎学家童第周。

不同的鱼类,将他们的细胞核和细胞质混合在一起,让细胞核与细胞质杂交,结果会如何?

为了解开这个谜题,童第周进行了各类试验,尝试将草鱼的囊胚细胞核注射到被剥除了细胞核的武昌鱼卵中。

▲童第周(中)1977年在中科院动物所与严绍颐(左一)等观看实验结果。(图片来源:《南方周末》)

1973年,英国皇家科学院的大英百科全书刊印了一种全新的金鱼的照片;著名画家吴作人还专门为这条金鱼创作了《睡莲金鱼图》,来记录了这个生命科学的奇迹——图片里,几尾小金鱼嬉戏着穿梭在莲叶中,打头一尾却与众不同:金鱼的身子却长着鲫鱼的尾巴。

▲与普通的双尾金鱼不同,“童鱼”(右)拥有类似鲫鱼的单尾。

▲吴作人创作的《睡莲金鱼图》

它的名字是:童鱼。这算得上是中美生物科技第一次交流合作的成果——中国科学家童第周和美籍华人科学家牛满江以金鱼为材料,去研究细胞质中的核糖核酸在发育遗传中所起的作用。他们发现了显著的金鱼尾鳍变异现象,后来国际生物学界用培育者的名字为其命名。

▲“童鱼”标本

“童鱼”诞生于1973年10月,将人类对生物进化和细胞遗传与变异的研究推到新高峰——要知道1997年,第一头克隆羊“多利”才在英国出世,但彼时的童第周已经用“童鱼”首次打破了遗传不可改变的学说,在此领域带领团队早早走到世界前列。

1979年3月6日,童第周为2000多名科研人员做报告时,心脏病发作、晕倒在讲台上,同年3月30日,于北京病逝,享年77岁。

后来,他的学生朱作言,彼时还是中国科学院水生生物研究所(以下简称水生所)一名普通研究员,接过了老师的衣钵并下定决心,鱼类基因工程研究这条路,一定要继续走下去!

▍全球第一条转基因鱼:初始灵感来自鲮鱼

接棒了老师的事业后,朱作言一直在思考一个问题:如果不做细胞核移植,而是做点儿更“超纲”的——比如,把一种生物的遗传物质载体DNA提取出来,注射到另外一种生物的受精卵里面,那会发生什么?

为此,朱作言决定先从抗寒性上做实验,他选中的目标正是广东鲮鱼——你没猜错,就是超市里常见的“豆豉鲮鱼”那个鲮鱼。

身为华南地区主要的经济鱼,鲮鱼味美肉鲜且产量大、单产高,唯一的缺点就是不耐寒,水温低于7°就死,寒潮一来渔民几乎就是“条鱼无收”。

为此,朱作言及其团队找来了喜凉耐寒的内蒙瓦氏雅罗鱼——虽然长得慢,但极其耐寒,零下十几度的水温都能存货。他们将内蒙瓦氏雅罗鱼的DNA剥离出来,注射到广东鲮鱼的卵里,比对后竟然发现,这些“杂交”鱼耐寒性竟然有了明显的提高!

▲朱作言带领团队将重组人生长激素基因导入鲫鱼和泥鳅受精卵。(图片来源:中国科学院水生生物研究所)

1986年,一个重磅消息传来:朱作言及其团队成功培育出了全球第一批转基因鱼,同时,他们还给出了对应的完整转基因鱼模型理论。

1990年11月27日,美国《纽约时报》专门发表长篇文章介绍此事,那时人们才知道,朱作言及其团队所做的试验工作,足足比后来的美国同行领先3年之久。

▲1990年11月27日出版的《纽约时报》曾就中科院水生所转基因鱼研究做长篇专题报道(供图:中科院水生所)

▍实验室里大获成功的“冠鲤”

广东鲮鱼都能不怕寒了,那能不能再来点儿更厉害的,比如,让鱼长得更大、更快?朱作言的回答是“能”。

在国际上打出了名声,朱作言的动力也更大了,这次他们将目光盯上了鱼类的生长基因:将长得快的草鱼的生长激素基因提取,再导入黄河鲤的受精卵里,重组基因、选育、再重组……就这样,转基因黄河鲤“冠鲤”于1991年问世了。

▲现存中国科学院水生博物馆的冠鲤标本(摄影/张星海)

相比于普通的黄河鲤,冠鲤的生长速度非常快:原来养2、3年才能上市的黄河鲤,养冠鲤只需要1年,而且它的饵料转化率也很高,多吃多胖还长得快。

这对养殖户来说意味着什么?长得快、好养活、饲养成本低、效益翻倍。无怪乎看着这种新品种,彼时负责养殖试验的工人师傅都跟朱作言感慨:“如果政府准许养殖这种鱼,恐怕没人会养别的鲤鱼了!”

9年后,水生所率先完成了冠鲤的中试,专家学者更是从生态和食品等多角度认可了冠鲤的安全性。科学的认证、成熟的技术、养殖户的认可……一时间,“让冠鲤走进市场”似乎是一件呼之欲出的事儿了。

▲朱作言带领助手崔宗斌、汪亚平、张甫英、胡炜、许克圣、陈尚萍等于1996年获得转“全鱼”基因黄河鲤。朱作言团队选择克隆草鱼生长激素基因和鲤鱼β-肌动蛋白基因的启动子并进行重组,因其重组得到的生长激素基因的结构元件全部来自鱼类,不含其他非鱼源的基因元件,故称为“全鱼”生长激素基因。(图片来源:中国科学院水生生物研究所)

但是,在实验室里大获成功的冠鲤,踏入市场上的那一步,却一直没有迈出去。

▍来自大众的误解:转基因鱼食用到底安不安全?

“既然能接受草鱼和鲤鱼(自然)杂交,为什么就不能接受一个草鱼基因和鲤鱼的杂交产品呢?”

2019年年底在武汉举行的全国媒体转基因报道研修班上谈及大众对冠鲤的误解,朱作言的言语之间透着无奈和惋惜。

▲朱作言院士在“第八届全国媒体记者转基因报道研修班”活动上为现场媒体学员授课。(摄影/张星海)

朱作言非常清楚,面对充满疑虑的民众,应该如何说服他们理解,转基因的黄河鲤实际上就是草鱼基因和鲤鱼杂交的结果,吃一条冠鲤其实就相当于“吃了一盘鲤鱼又喝了一滴草鱼汤”,它只是性能更好的“草鱼和鲤鱼杂交2.0”?

事实上,与普通杂交育种最大的不同,转基因只是更有针对性地筛选了优良基因,减少了杂交育种过程中可能存在的各种缺陷与问题。这不仅是对自然优胜劣汰筛选的“提速”,也是人类改造自然物种追求“锦上添花”的结果。

冠鲤虽然有更“优良”的基因,但它的肉质跟普通的黄河鲤没有任何区别,并没有因为长得快、长得大而口感异常。为此,接过朱作言老师衣钵的胡炜研究员笑称,无论是吃红烧冠鲤还是红烧黄河鲤,其实“真的没什么不同”。

胡炜团队曾组织过几次冠鲤品鉴会,邀请了诸多行业专家及媒体,一起尝尝冠鲤味道。时隔多年,有当年参与活动的记者还对试吃冠鲤的体验记忆犹新:“(两种鱼)完全吃不出有任何区别,鱼肉都很鲜嫩,唯一的感受就是(厨师做的)稍微有点儿咸”。

同时,武汉大学基础医学院、中国疾控中心营养与食品安全研究所也早已对冠鲤进行过严格的食品安全评价,其结论都证明,转全鱼生长激素基因鲤与对照鲤在使用安全性上并无差别,是一样“安全可食用”。

除了口感无差,胡炜还强调,吃一条冠鲤所摄入的激素的量其实和吃两条普通鲤鱼并没有差别。而且鱼类生长激素其实是一种蛋白质,经过烹调加工后早就分解成了氨基酸,更不会有所谓的激素副作用。

▲黄河鲤与冠鲤的对照。(图片来源:新华网)

▍当不了野生渣男:转基因鱼生存能力繁殖能力都很差

人吃了没问题,可它们的基因被改造得如此强大,那自然生态怎么办?它们长得这么快、体型这么大,如果跑到自然水体,别的鱼不都得被它逼走?到时候只剩下转基因鱼,那自然界的物种多样性谁来保护?转基因动物对自然生态的侵犯,也正是人们最担心的。

为了验证冠鲤的生态安全性,水生所做了诸多实验:在室内,他们选择了鳜鱼和蒙古鲌两种凶猛的狩猎型鱼,将它们跟冠鲤放在直径2米多的水箱里进行5天的急性捕食试验;在60天的中期捕食实验中,科学家为了更贴近自然生态,甚至还在水池中种了水草……最后,他们更是直接在野外建了一个2亩大的池塘,一面种有水草,一面完全不种水草,在没有任何人工喂养的情况下,任捕食鱼、冠鲤和对照自然鱼“自生自灭”。

结果他们发现,冠鲤的逃逸能力远不如非转基因的自然鱼,捕食造成的死亡率在它们身上更凸出——这让很多人迷惑了:冠鲤那么“膀大腰圆”,还长得那么快,怎么可能这么“弱”?其实,正是因为它们长得更胖,导致其游泳能力变低了,日常代谢率也变高了。换而言之,没“跑几步”就累得“呼哧带喘”了,这还怎么躲避“敌人追杀”?

为了了解它们的摄食习性,水生所的专家又干脆建了一个100多亩的封闭人工湖,把各种各样的鱼放进去,不进行人工投喂,就是单纯模拟长江中下游的生态环境。事实证明,这些被转基因的鲤鱼跟正常鲤鱼一样,别的鱼爱吃啥,它们也爱吃啥,根本没有“逃到野外就变科学怪物”。

对这一代的安全性暂且可以安心了,可它们的下一代呢?万一转基因鱼在野外“乱搞”,跟别的鱼杂交了怎么办?

▲国家“863”计划项目“快速生长转基因鲤鱼的中试研究”通过成果鉴定。(图片来源:中国科学院水生生物研究所)

为此,科学家们又建了个3亩的“婚配”池,将6条成年冠鲤、6条对照雌鲤和6条对照雄鲤放入其中,等到春暖花开之后,再对鱼塘里新生的3000多尾后代一一进行“亲子鉴定”。结果他们发现,冠鲤不仅躲避捕食的能力差,其繁殖能力也不行。

换而言之,想逃到野外“爆种”?抱歉,几乎没可能。可还是有人不放心——万一呢,一切都有万一吧?行,那就再做的彻底一点儿:让它不育不就得了!

为此,水生所的专家又与湖南师范大学合作,通过染色体的倍间杂交,培育出了100%不育的三倍体转基因鲤鱼“吉鲤”。这一次,吉鲤不仅有草鱼生长快的优点、味道还跟鲤鱼差不多,最重要的是,它是100%无自然繁衍能力的。这就像马和驴结合生下的是没有繁衍能力的骡子,市面上卖的无籽西瓜不能接着长出西瓜一样。

▍“起个大早赶个晚集”:15年“河东”与“河西”

“100多位诺贝尔奖获得者同时签名支持(转基因育种)这件事情,世界上没有第二件事情会引起这么多人的重视、关心和支持”,当被问及转基因食物是否安全时,朱作言如是说。

“比如美国科学院、英国皇家学会等,像这样最有权威的科学团体也都集体发声支持……我们(中国)为这个事情研究了30多年时间,发表了200余篇论文,(它们)是接受了严格的生态和安全检验的”。

鲜少有人知道的是,成功将AquAdvantage三文鱼推向大众市场的AquaBounty Technologies公司CEO,早在2002年就曾为转基因鱼的培育技术造访过位于武汉的中科院水生所。中美在学术界就此打了15年的交道,15年过去了,AquaBounty Technologies公司虽历经多次高层变更,但AquAdvantage三文鱼却在波折中问世了,而中国的冠鲤却还停留在原地等待。

▲AquaBounty Technologies公司在奥尔巴尼市的养殖工厂。(图片来源: AquaBounty Technologies)

事实上,由于此前转基因动物在美国没有先例,因而相关部门的审批也非常谨慎,从实验室“游”上北美消费者的餐桌,AquAdvantage三文鱼也花了近20年的时间。

2010年,美国FDA完成了对AquAdvantage的食品安全评估。2年后,FDA通过了对其进行的环境生态评估。又过了3年,FDA终于在2015年11月19日宣布,正式批准将AquAdvantage三文鱼作为人类可食用动物,使其成为人类历史上首个被批准产业化养殖并销售的鱼。

据悉,自正式获批销售开始的2年时间里,加拿大消费者已累积购买了10000磅(4.53吨)。与此同时,随着美国本土也已取消对AquAdvantage鱼卵的进口限制,未来预计,更多美国消费者也将能够在本国的超市里买到这种转基因三文鱼。

▍淡水鱼养殖不稳定性呼唤转基因品种

作为人口大国,中国人的水产消费也非常高,其中仅鱼类就占50%以上,对鲢鳙鲤鲫草五种淡水鱼的消费又占淡水鱼消费总量的70%。

然而,巨大的消费需求对应的却是淡水鱼养殖的不稳定性:很多鱼长得慢、易生病,养殖周期长、成本高、风险大。转基因鱼的出现本可以降低养殖风险,提高鱼养殖的质量和产量,符合绿色养殖、走可持续发展道路的需求,然而相比于技术壁垒,公众舆论的疑虑对转基因产品的上市阻力更大。

以美国为例,为了进一步消除公众对转基因鱼的误解,AquaBounty Technologies坚持不走低价策略,他们表示,绝不会为了打开市场而压低价格销售。

“经过多方认证它们是安全的,与非转基因(三文鱼)并无差别”,该公司认为,低价兜售只会加深公众对“转基因鱼不安全”的误解,“我们会以正常的超市价格售卖,不会打折”。

与此同时,美国农业部(USDA)也就“如何规定生物工程食品”这一问题展开了更积极的行动,以期正确引导消费者。

▲USDA呼吁使用“BE”作为生物工程食品的标识。(图片来源: Common Dreams)

在2018年公布的拟定规则意见中,USDA呼吁应鼓励食品生产商使用“BE(“生物工程”)”标识替代此前的“GM(转基因)”标识,或使用太阳、笑脸等符号进行区分,尽可能为消费者提供正向的消费引导。

参考:

http://www.agrogene.cn/info-2896.shtml

https://news.china.com/domestic/945/20170814/31089299.html

https://www.usatoday.com/story/money/2019/03/12/gmo-frankenfish-salmon-could-hit-store-shelves-early-next-year/3134439002/

http://www.agrogene.cn/info-2896.shtml

http://baijiahao.baidu.com/s?id=1600038480142440302&wfr=spider&for=pc

http://www.shuichan.cc/news_view-377718.html

部分内容来自“第八届全国媒体记者转基因报道研修班”的现场讲座

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