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【编者按】这段时间,关于“转基因食品”的争吵又迎来了一轮高潮,在松鼠会豆瓣小组中,出现了标题令人瞠目的数则帖子,“讨伐”转基因技术及其支持者,然而细翻帖子,我们又找不到反对者提供过任何清晰的理由。其实对于任何话题,支持或反对的声音都应该在了解“它是什么”的基础上再发出,这种做法才真正有意义。这篇来自The Scientist杂志的文章探讨了关于“科学家缘何发展基因改良(转基因只是其中一种)技术?”核心部分的一些问题,在此推荐给大家,希望阅读之后,争辩和思考都变得更加有的放矢。我们也必须指出,科学有其使命,它对自身的发展诉求也许是这个星球上其他事物所无法企及的,认识真理和维持最大程度的善也并不矛盾,目前的基因改良技术已经由“提供抗性”进一步转向了侧重于“强化营养”。

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© Lynn Johnson / 国家地理图像库


科学家们通过基因工程改造出几种生物强化的食用植物,用以解决发展中国家人们所面临的微量营养元素缺乏困境。虽然这些作物尚未大规模种植,但前景可观。

撰文 Bob Grant

翻译 林吴颖  这里是原文

如今,十亿人口正在饱受饥苦。这可是占了我们这个星球人口的六分之一,数量相当于美国、印度尼西亚、巴西、巴基斯坦、孟加拉国等国家人口的总和。

这一严峻形势在2009年6月中旬迎来了惨兮兮的转折点。随着全球人口持续膨胀、资源急剧消耗,地球前景着实堪忧。吃不饱的人将越来越多;身体各种营养需求能得到满足的人将越来越少;而那些擅长钻空子攻击体弱营养失调者的疾病会更加猖獗;不少人会饿死。

不仅如此,另一个更加令人不安的推测是,这场饥饿危机将波及更广——据2004年联合国报告,全球至少有一半人口患有微量营养元素缺乏症。遭此“隐形饥饿”的人摄入卡路里是充足的,但却缺乏适量的基本营养,如维生素和矿物质。营养不良人群大多分布于发展中国家,他们处境十分严峻。因为即使是轻度微量营养元素缺乏也会导致婴儿死亡率上升,造成儿童的认知功能损伤和免疫系统疾病,以及其他严重的健康问题。

在全球饥饿和微量营养元素缺乏症问题上,生物技术掌握着潜在的解决方案:即营养强化,作物基因改造。2000年1月,随着Science上一篇简短而影响深远的关于创造“黄金水稻”原型的重量级论文发表,基因改良植物在技术层面上被赋予了可能性,并走到舞台中央成为科学家注目的焦点。这种植物含有大量β-胡萝卜素(又称维生素原A),即维生素A的前体,这是健康饮食的重要组分。如今基因改良(GM)作物早已平凡无奇,不过现有的遗传改造绝大多数是赋予植物一些优良抗性,如大豆、棉花等的抗除草剂和抗虫性等特点。为了制造出“黄金水稻”,欧洲的科学家们在洛克菲勒基金会的资助下开始了研究。他们将特定的基因片段插入细菌质粒,通过细菌的转染作用使其进入原本不产生维生素原A的野生型水稻中,激活潜在的维生素原A分子生物合成途径。这一基因改造使得通常营养贫乏的胚乳或精米变得富含β-胡萝卜素。

该研究成果受到《时代》杂志大力追捧,并作为封面文章,标题确凿:每年能够拯救百万儿童的水稻——预防夜盲症和维生素A缺乏导致的其他失调症。尽管这使得人们开始谈论和思考遗传工程在缓和全球饥饿阵痛上的潜力,黄金水稻依然挑起了至今都无休无止的争议性辩论。“(黄金水稻)同时吸引着拥护者与反对者的关注。”彼得·拜尔回忆道,他是德国弗莱堡大学的植物生物化学家,同时也是黄金水稻的发明者之一。

营养学家们并不认同拜尔和他的共同发明者、退休的生物学家英戈·波特里库斯的观点。他们指出,黄金水稻可能无益于解决发展中国家的维生素A缺乏症,因为其中的β-胡萝卜素含量太低。拜尔则认为反转基因组织“劫持”了这一论点,并利用黄金水稻作为责难所有基因改良作物的借口。由于这场争论,以及政治和技术上的障碍,致使黄金水稻近十年后首次揭下面纱,依然不能在(具维生素A缺乏症的)发展中国家的广袤稻田中粉墨登场。拜尔这样说道:“你最初的信念是,一旦(科学)达到,你的工作就完成了,然而事实却远不止于此。”

但拜尔、波特里库斯和几名合作者依然继续稳步前进,通过改进技术使得黄金水稻的生产成为可能,同时,他们积聚了更多的经费支持,试图使营养丰富的增强型农作物出现在最需要的人的餐桌上。黄金水稻未能成功推广到全世界稻田并未令其他努力推广增强型农作物的科学家们却步,这些增强型农作物包括:含有双倍钙质的胡萝卜,抗氧化剂含量增加20%的西红柿,具有额外的铁、蛋白、维生素的木薯。有许多科学报道显示,如今已通过遗传育种改造了多种普通食用植物,使它们能够产生高含量的某些营养物质。或许黄金水稻尚无法在热带阳光的照耀下茁壮成长,超级木薯也还未能在非洲广袤农田上摇曳,但前景很有可能改变在即。

超过2.5亿的撒哈拉以南地区非洲人以木薯——一种原产自南美洲和中美洲的含淀粉块茎——为主食。在非洲某些地区,木薯产量占了全球份额的40%,为当地人提供了38.6%的卡路里需求,然而饥饿和营养不良在平民中依然十分普遍。

木薯营养并不丰富,它缺乏铁、锌、维生素A和E等身体健康成长所需成分。内布拉斯加大学林肯分校的生物化学家埃德卡洪已经参与BioCassava Plus项目多年,该项目旨在通过基因工程改善木薯的营养组成。

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2005年7月由“比尔与梅琳达·盖茨 ”基金会资助750万美元推出的全球健康计划,首要目标是研发一种超级木薯,既含有高含量的铁、锌、蛋白质和维生素,又能抵抗木薯花叶病以及困扰非洲农民的褐条病毒。

项目第一步,是先分别培育出单营养成分改善的基因改造木薯。卡洪和他的同事们通过插入能够影响维生素原A大量表达的基因培育出一种β-胡萝卜素增强型木薯(呈现出橙色光泽,而非一般木薯的白色)。他们插入的基因名为八氢番茄红素合成酶基因(psy),来自土壤细菌欧文氏菌(该细菌也曾用于开发黄金水稻),它编码一种能够催化β-胡萝卜素生物合成途径的酶。

研究者们将psy基因包裹在可转化农杆菌株的质粒中——这是植物基因工程的常用载体——同时整合了一段源自马铃薯根部的特异的启动子,一段由植物DNA组成的将蛋白质定位到质粒上的5’前导序列,以及一段来自mRNA的3’端非编码区(UTR)。卡洪回忆起他第一次看到成功改造的木薯块根(食用部分)时的情形,那是在2007年。“真是美好的一天,”他说,“(木薯)呈现出引人注目的橙色。”

木薯 β-胡萝卜素是维生素A的前体,在一些植物的细胞质中通过甲基亚乙基磷酸酯(MEP)途径合成。传统的木薯块根缺乏对合成β-胡萝卜素十分关键的一些酶。该合成途径的起始步骤是由脱氧木酮糖- 5 -磷酸合成酶(DXS)控制的,而该合成酶由插入的dxs基因(源自其他植物物种)表达后得到。其他步骤生成异戊烯二磷酸(IPP),用来合成牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸(C20- GGDP)。八氢番茄红素合成酶(PSY),是引入基因psy的产物,结合2个GGDP分子形成八氢番茄红素,通过去饱和、异构化、环化作用等一系列反应先变成番茄红素,最后转化成β-胡萝卜素。最终得到橙色更深的木薯块根。


与此同时,卡洪决定尝试插入拟南芥的基因——1-脱氧木酮糖5-磷酸合成酶基因(dxs)——它调控着类异戊二烯通路,这是psy基因介导的生物合成步骤的上游生化反应途径。插入dxs基因,就增加了β-胡萝卜素的化学前体含量,就好像“加速了整个类异戊二烯通路。”卡洪说。他发现,同时插入psydxs基因会使木薯块根呈现出比psy基因改良的品种更深的橙色,而且含有的β-胡萝卜素是普通块根的30倍。

这是一种连锁影响,企图阻止非洲农民种植任何基因改良作物。”

在针对单基因改造和双基因改造植株进行温室试验后,卡洪和他的团队从中选择出β-胡萝卜素含量最高的木薯,将组织样品寄给波多黎各的科学家们进行克隆繁殖。现在,木薯已经在该国进行了田间试验,卡洪最近刚拜访了那里。“它们看起来很不错,”他说,“在大多数方面,它们都长得很像对照植株,”也就是那些仅含有正常水平β-胡萝卜素的植株。

随着额外经费的注入,BioCassava Plus项目最终计划于2010年进入第二阶段——开始将能够增加铁、锌、蛋白质、维生素和抗病毒性的营养改良特征共同整合到木薯中。理查德·赛尔是圣路易斯的丹福思植物科学研究中心的一名分子生物学家,同时也是BioCassava Plus项目的负责人,他说:“我们将致力于培育一种能应对各种营养缺乏的木薯。”然而,正如他和卡洪从黄金水稻得来的教训所示,科学上的成功也仅仅是计划成功的第一步。

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埃德·卡洪在波多黎各检查田间试验的木薯。 摄影:Nigel Taylor博士

洪和他的同事们选择在波多黎各做β-胡萝卜素增加型木薯的田间试验有其原因。首先,此地的热带气候与非洲重要木薯产区相似;同样很重要的是,这个岛屿准州受到美国政府的法律法规的约束和监管。“虽然这里不是非洲,但是在波多黎各进行试验更加便捷,丝毫不必受到非洲方面的各种制约。”

在全球范围内,基因改良作物都处于管理混乱的局面,在非洲亦如此。很大程度上这可以解释为什么能够解决普遍营养不良的基因改良植物至今只能长在实验室内,而非覆盖在土壤中。

普罗米修斯农业生物技术公司的董事长瓦尔·吉丁斯认为,大多数制约来自大受反转基因组织言论影响的欧洲政策。吉丁斯曾于上世纪90年代早期作为动植物卫生检疫局(APHIS)的遗传学家帮助美国农业部制订了关于基因改良作物的相关规定。当时他说,欧洲国家通过“使他们的海外发展计划服从于国内的政策”有效地输出了这一领域的限制性规定。2004年美国官方恳求欧盟帮忙重建津巴布韦、赞比亚和莫桑比克这3个非洲国家对转基因食品的信心,使他们相信美方援助的数十万吨被拒转基因食品实际上是安全的,而欧盟不予理会。除了欧洲进口商和政府加诸于亚洲和非洲食物生产商的影响以外,发展中国家的土壤也逐渐贫瘠而不适合基因改良作物生长。哈佛大学政治学者、《渴望科学》一书的作者罗伯特·帕尔伯格也认为,使生物技术作物进入发展中国家困难重重:“这是一种非正式的连锁影响,将会阻碍非洲农民种植任何基因改良作物。”

即使在美国,基因改良规章条款也十分繁琐,需要大队人马来把持。就像药物开发商一样,农业生物技术企业家必须承受动辄以十年记的长时间跨度,来使得一个产品从早期发现到进入销售渠道。 但是,与欧洲的系统相比,美国的规章系统还算易于管理。如果β-胡萝卜素强化型木薯想要获得农业部(USDA)的支持,代理商需要使产品满足多种指标以确保食品安全:必须有数据表明导入的基因是稳定整合的,不会带来植物疾病或产生感染性介质,而且,该木薯不可以用人类或动物的病原体进行基因改造,此外还有一些其他标准。“人们可能觉得这很麻烦,但我认为(这些规章)非常合理,”马克·马纳里说。他是华盛顿大学的儿科医师,与BioCassava Plus项目有过合作,并和援助团体一起在非洲马拉维呆了至少半年。

然而,即使科学家们克服了任何基因改良食品相关的监管障碍,仍然有另一个实际困难阻碍了人们吃上这些营养丰富的木薯、胡萝卜:它们比未改良的普通食品要贵,最需要它们的人,往往也是最没钱去买的人。

(未完待续)

编校:小庄        感谢云无心、田不野、哈林对本译文的建议,感谢小姬、小蓟以及其他松鼠的支持。

敢问超级食物在何方?(下)

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24 Responses to “敢问超级食物在何方?(上)”

  1. 星期五13说道:

    占个火热的沙发!哈哈,笑看下面的板砖乱发

  2. 黍食者说道:

    从科学角度来说,转基因食物并无不妥。但如果背后有资本运作,使得国家的食品保障及安全太阿倒置,就值得深思了。

  3. reddragon说道:

    吃完会不会有问题呢

  4. 新年说道:

    我很奇怪,难道世界上全部反对转基因的科学家、政府都是文盲+250?作为正常立场的科普文章,是否应该两方面的观点都介绍呢?

  5. 说道:

    豆瓣组里反对的声音是明晰的:

    不反对转基因,是反对转基因主粮化。

  6. 一抹子黑说道:

    试图以科普形式对大众进行转基因研究解释“他是什么”,建立起对“要不要支持”争议的讨论基础,这个逻辑出发点是错误地。大众不关心科学研究,争议起自“要不要把研究转化为实践”----即科技涉及大众重大利益的实践活动时,是否以科学强权压制大众选择权。

    达芬奇15世纪已经勾勒出直升飞机原理图,5个世纪以后才有第一架商用直升机升空。其原理并不难理解,但技术实现需要相当的探索过程。转基因科普能给大众释放出“技术已然成熟,安全没有问题”的信息和信心吗?这种科普,具备无可置疑的科学正确性吗?

    不能回答这个问题,便不要以科学逻辑干预大众权利。毕竟研究还在继续,所知少于无知。急于证明科研价值,并非理性态度。

    转基因产业化才是问题的核心所在。大众不关心航空器如何设计制造,大众需要安全的航通工具。解释飞行原理只能部分讲清楚已知和能达到的技术高度。并且这个实现,仍不能保证阿波罗13返航中不出问题。因此解释说明不能打消大众疑虑,唯一的方式是反复实验,逐步推进。而问题洽洽在于:我们真的需要转基因食品吗?

    这是一个科学与商业的博弈。本质上最终的结果仍旧是商业价值的实现。期间过程,耐人寻问。

    试问:为何转基因研究和推广,研究导向围绕食用农作物领域?
    答1:因为食品作为人类基本需求,需要不断探索。
    答2:因为食品产业的基础是农作物,具有极高商业价值。

    试问:可否将转基因技术首先应用于非食物类植物?比如开发快速绿色植被,草原保持牧草,或改造荒漠沙地用途的耐寒植被。
    答1:技术实现标准低于粮食类转基因,可行。
    答2:没有商业价值。

    只消研究一下转基因产业化的现状,看看国际巨头如何借助技术门槛实现商业垄断。便不难理解大众对转基因产业化的疑虑。而这种疑虑,只与切身利益攸关,与科普进程高低无关。何况反对基因技术研究进入实用领域的技术与伦理问题,仍存在较大争议的情况下,更不能以美国或技术领先机构的实践活动作为坐标系,来标定我国科学研究与实践结合的进程。即便是科学研究者,在这一问题上,立场亦需调整。不能以科学之名,干预干扰公众权利选择。

    保持适当沉默,或许是最好选择。

  7. 星星说道:

    转基因食品无非是饮鸩止渴。控制人口过快增长,合理发展农业才是问题的关键。

  8. Last_exile说道:

    这个问题,怎么讲呢……毕竟不会有人拿枪逼着你往你嘴里塞转基因食物,所以想吃什么就吃什么好了。这时候有人就问啦,若是全天下都是转基因食物,怎么办?那就更好,考虑到对转基因食物抱有疑虑的人那么多,这正是自己去种植非转基因食物大发横财的好时机。

    说到底,地就那么多,人口那么多,粮食不够了要么转基因,要么继续每家只准生一个孩子,要么和隔壁邻居交换小孩煮来吃,总要挑一条路,看着办好了。

  9. 黑白说道:

    解决人口问题需要的是计划生育,而不是超级食物

    拉美和非洲需要的是强有力的政府

    还有就是人类观念的改变

    • Last_exile说道:

      计划生育这东西吧,就算是在中国吧,争议其实也很大,毛病也多得很,比起转基因食物这些那些莫须有的问题来可是实实在在的;

      广大亚非拉兄弟需要什么,我是觉得吧,让亚非拉兄弟自己看着办好了,咱们隔着那么老远,比人自己还知道自己要什么,这个,嘿嘿,不靠谱;

      人类观念这东西嘛,历史上看,胡诌一点来说,都是靠社会达尔文主义改变的;拿转基因来说吧,比方吃了转基因的人某天一觉醒来多长了只手,过几天病的病死的死,要不要转基因也就不是个问题了;转过来说某地人民说我们就是不要这些个劳什子,结果来年虫害绝收,饿殍的饿殍倒卧的倒卧,要不要转基因也就不是个问题了。

  10. 黑白说道:

    就算有超级食物,非洲要是现在这个人口增长率(这还是艾滋病蔓延下),这个世纪的饥荒绝不会比上世纪少

    治病要治根

    • Last_exile说道:

      唉,在我们看来非洲兄弟治病要治根,在米帝苏修看来还不知我们要治什么呢。不要随便judge别人啦。非洲大得很,穷的也有富的也有,比中国好的地方吧,老实说其实也蛮多的。

      • Last_exile说道:

        何况说起来,进入二十世纪吧,饥荒什么的,嘿嘿,其实和人口数量过多都没什么关系,比如苏修某时期啦,几年几年“自然灾害”啦,几年前的北棒子啦之类的。说起来要解决饥荒吧,嘿嘿,钥匙不在什么人口啊粮食的上。

  11. 黑白说道:

    你单纯考虑人了,问题是环境呢?我们同时期,开发北大荒、新疆生产建设兵团、洪湖、鄱阳湖、洞庭湖、滇池围湖造田,为了应付急剧增长的人类,我们付出了多大环境代价?

    等非洲也走这条路,那最后估计全地球除了人,剩不下什么动物了

    • 刘冲说道:

      这个扯了,先别提什么环境,吃不上饭人活不了,傻13也装不成.
      现在吃饭问题你以为是小问题吗?挨饿的大有人在.
      要在考虑对环境危害最小的情况下,让人类先吃饱.

      • 黑白说道:

        有脑子才能装13,没脑子只能装脑残

        非洲人口27年增加了1倍,从1950年算起,增加了4倍多。15岁以下人口占总人口45%。不限制人口,什么超级食物都没戏。

  12. 西溪老等说道:

    吃不饱有好处。人总想吃饱,又聪明,所以总是想出吃饱的办法,这叫进步。搞到多大的食物供应,就有多大的种群规模。人要是总能吃饱,无法想象现在的地球上的人口和环境会是啥样。亏得时时吃不饱,才有现时的人口规模,才不至于让人类遇到崩溃之灾。吃不饱是自然对人类的制约,不至于让人类快速地自己毁掉自己。其实吃不饱或者叫不容易吃饱的好处已有明证:人类进入温带、寒温带后,食物来源少,技术进步就快,因此现在反而能吃的饱。在热带气候环境下,长期性食物来源较多,如香蕉、木薯等,人类得到食物的成本较低,生存压力较小,结果现在反而常常吃不饱。不是说饥饿是好事,是说上面“黑白”说的对!不能一味求“进步”,要求和谐生存。

  13. [...] 《敢问超级食物在何方?(上)》与 《敢问超级食物在何方?(下)》 [...]

  14. Jill说道:

    这篇文章的英文原文在哪里找得到啊
    急求

  15. 天下第一傻说道:

    转基因食物是毁灭人类的有利武器。因为人类食用的都是有生命力的食物,比如小麦的发芽率越高能量越高。可是转基因作物没有生命力,就是说你今年收获的小麦不能做种子。食用转基因食物就是在食用垃圾,非但垃圾而且有害健康。如果食用转基因食物人类都没有了生育能力,人类还存在吗?

    • occ99说道:

      无籽西瓜吃了那么多年,也没见给我朝的计划生育工作添什么贡献。吃骡子肉也不见什么避孕效果。生命力这东西靠谱吗?

  16. [...] 敢问超级食物在何方?(下) 敢问超级食物在何方?(上) [小红猪]战争狂还是理想主义者——人类暴力迷思 [...]

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