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1、The BioSafety on Genetic Engineering 基因工程生物安全,何谓基因工程？ 为什么发展基因工程？ 基因工程有哪些生物安全问题？ 基因工程生物安全怎样管理？,什么是基因工程？,DNA,1973年，Cohen等人成功地实现了DNA分子的体外重组，从而使人类进入了能人工设计和改造生物物种的新时代基因工程时代。以DNA重组技术为核心的基因工程的兴起不仅极大地推动了整个生命科学的研究，而且成为改变工农业和医药学面貌的巨大力量。 1977年11月，Boyer等利用重组DNA技术合成出了生长抑制激素-利用基因工程方法获得的第一个基因产物。从此基因工程研究蓬勃发展。,基因工程又
2、叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的新的生物类型和生物产品。,从分子水平上干预生物的遗传特性,通过基因工程可把来自任何生物的基因转移到与其毫无关系的任何其他受体细胞中，可以任意改造生物的遗传特性，创造出生物的新性状。,基因工程操作流程示意图,由基因工程技术构建的且具有新遗传性状的生物称之为“基因工程生物”、“转基因生物”或“基因工程体” 。,为什么发展基因工程？,基因工程的诞生使生命科学发生了革命性变化，标志着人类已进入改造和创
3、建新生命形态的时代，并展现出其光辉的未来。,基因工程的应用,生命科学基础理论研究中的应用 农林牧副渔中的应用 工业中的应用 在医学中的应用 在环境保护中的应用,（一）在基础研究中的应用,几乎在所有生命科学分支学科中得到应用。,（二）在农业上的应用,1.增加农作物产品的营养价值如增加种子、块茎的蛋白质含量，改变植物蛋白的必需氨基酸比例等。 2.提高农作物抗逆性能如抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能。 3.提高光合作用效率从而提高农作物产量。 4.生物固氮的基因工程。把禾谷等非豆科植物转变为能同根瘤菌共生，或具固氮能力，将代替无数个氮肥厂。 5.增加植物次生代谢产物产率。构成全球药物原料的 25
4、% ，如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。 6.培育畜牧业和水产业新品种。 7.其它如肥料等。,转基因植物,1995年：7500万美元 1997年：3.6亿美元 1998年：16亿美元 1999年：21-23亿美元 2000年：30亿美元 2002年：42.5亿美元 2005年：80亿美元 2010年：250亿美元 转基因植物对未来农业将产生不可估量的影响。,亿 美 元,转基因作物的全球销售额变化,“第二次绿色革命”,转基因动物,Producing Enviropigs Researchers borrow a gene from E. coli
5、bacterium that produces a phytase enzyme (植酸酶), inject it into a fertilized egg, and rely on the animals normal reproductive system to deliver transgenic pigs.,（三）在工业中的应用,啤酒酿造 白酒和黄酒的酿造和酒精生产 干酪 “吃油”工程菌 纤维素酶,饲料、养殖业及其他工业 酶制剂氨基酸维生素增稠剂有机酸乳化剂，表面活化剂食用色素食用香精及调味料、合成靛蓝、限制性内切酶的生产等，都可以采用基因工程微生物生产而得到。 。,（四）在医学中的
6、应用,1.基因工程用于生产蛋白质类药物 1982年美国 EliLilly公司推出基因工程制造的人胰岛素（治疗糖尿病），商品名为Humulin。 干扰素治疗肝炎等病毒感染性疾病有良好疗效。1升发酵液中所得的干扰素相当于过去从1000升人血中所得，生产成本也大为降低。 目前基因工程生产的蛋白质药物已达数十种，许多以前不可能大量生产的生长因子，凝血因子等蛋白质药物，用基因工程可能大量生产。,在大肠杆菌表达或酵母中表达,人类药物生产 1982年美国首先将重组胰岛素投放市场，标志着世界第一个基因工程药物的诞生。26年来基因工程的技术成果60集中应用于医药工业，为生物医药的发展带来一场崭新的革命。,2.
7、基因工程用于疫苗生产,利用基因工程制备的重组亚基疫苗只含有病原物的一个或几个抗原成分，不含病原物遗传信息，且这样的亚基疫苗往往效价很高，但决无感染毒性等危险。 在酵母中表达乙型肝炎表面抗原HBsAg产量可达每升 2.5 mg ，已于1984年问世。,正在开发的350种生物技术药物中，1/3以上用于肿瘤，其中有30种用于黑素瘤，20种用于结直肠癌，13种用于乳腺癌，13种用于前列腺癌。 正在开发的疫苗有77种，用于预防或治疗AIDS、结直肠癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、结肠癌、前列腺癌、多发性硬化、中风等。 正在开发的生物技术药物中，有29种用于HIV感染、AIDS相关疾病；19种用于自身免疫性疾病
8、，其中11种用于类风湿性关节炎、3种用于狼疮；8种用于血液疾病，其中4种用于血友病，一种用于镰形细胞性贫血。,3. 基因工程用于基因治疗,人体基因的缺失或突变，导致一些遗传疾病，应用基因工程技术使缺失的基因归还人体，达到治疗的目的，已成为基因工程在医学方面应用的又一重要内容。,4、特殊转基因食品,（五）环境保护,修复重金属离子污染土壤的基因工程菌 含酚工业废水中典型污染物的生物降解技术 造纸工业中木聚糖酶高效表达工程菌的应用 石油产品的微生物脱硫技术 农药残留的微生物降解技术 合成友好可再生材料的微生物工程菌 新型秸秆发酵乙醇代谢基因工程菌 ,基因工程有哪些生物安全问题？,young woma
9、n or old woman?,基因工程是一把双刃剑，既可能成为推动人类进步的新动力，也可能成为导致人类倒退甚至毁灭的工具。,引起科学家良心危机的二大事件,第一事件：广岛原子弹爆炸 科学理论导致成千上万人的死亡。,第二事件：1965年寂静的春天一书的出版 揭露了大量使用有机氯农药所引起的严重后果。世界范围的环境污染威胁人类在地球生存以及地球本身的存在，向人类敲响了环境恶化的警钟。,引起科学家良心危机的二大事件使科学家和公众对科学研究的社会后果，成果应用对社会、人类和生态的影响严肃关注,基因工程生物安全包括重组DNA技术在内的所有对基因的操作及其生物体的安全,基因工程生物的安全性问题,环境安全性
10、(damage to the natural environment) 转基因植物演变成农田杂草的可能性 基因漂流到近缘野生种的可能性 对非目标生物的影响 现代农业生产安全性(disruption of current practices of farming) 作物作物间的基因漂流 转基因食品安全性(damage to human health) 过敏性 抗生素抗性的水平转移 外源DNA的食用 营养水平的改变,40,国家和地方政府重视,41,对非目标生物的影响,花粉,Bt玉米,帝王蝶幼虫死亡,帝王蝶事件,1999.5, 美国康乃尔大学研究组 转基因植物安全性的标志性事件,风蝶死亡,43,Bt
11、玉米伤害大斑蝶幼虫,摄食Bt花 粉叶片的 幼虫重量 平均只有 无花粉叶 片的50%,Crop-to-crop gene flow,45,转基因作物的推广威胁到作物遗传多样性,转基因植物育种的困难，只有少数品种可以种植 外源基因的扩散,Crop-to-weed gene flow,47,转基因作物可能变成杂草,Bartsch et al. (1994)：转基因甜菜可以通过与一年生野生甜菜杂交而转变成杂草 Kling (1996)：抗除草剂的基因转移到野生近源种 油菜Brassica napus 的基因可转移到近源种野油菜B. campestris (Mikkelsen等,1996),Leakag
12、e of GM proteins into soil,很多植物分泌化合物到土壤中，从而可能影响土壤中的根际微生物群落。,带有几丁质酶的抗真菌的转基因作物，其遗传分解时可能减少土壤中菌根的种群，使得土壤中的凋落物的分解受阻，从而阻滞了整个生态系统的功能。,StarLink玉米事件： 苏云金芽孢杆菌的Cry9C基因转入玉米，即StarLink玉米。1998年，美国环保署（EPA）批准只作为家畜饲料和工业用途。2000年未经许可进入了食品中，引起了食用该食品的一部分人的过敏反应。,1998年，英国苏格兰研究所的Arpad Pusztiai教授用转基因马铃薯喂老鼠，1998年秋在电视上宣布大鼠食用后，
13、引起器官生长异常，体重和器官重量减轻，免疫系统受损。此事引起国际轰动。这是对转基因食品提出的最早的，有所科学证据的质疑，并在英国及全世界引发了关于转基因食品安全性的大讨论。,Pusztiai事件,1999年5月，英国皇家学会宣布此项研究“充满漏洞”，从中不能得出转基因马铃薯有害生物健康的结论。,53,转基因生物的检测,转基因食品的定量检测 大量转基因食品的快速检测 加工后转基因食品的检测 多种转基因成分混合后的检测 转基因技术的发展发展将大大增加检测的难度,基因工程生物安全怎样管理,基因工程可以使不同生物的基因进行相互转移，。生物多样性，环境风险，食品安全。基因工程生物特别是未经安全性验证的基
14、因工程生物大规模释放到环境中，将有可能给生物多样性和生态环境造成无法弥补的生态灾难。,死 vs 活,1976年美国NIH发布重组DNA分子研究准则 2000年8月，全世界70多个国家签署了“生物多样性公约”的卡塔赫纳生物安全协定书,我国现行基因工程生物安全法规,58,农业转基因生物安全管理条例 于2001年5月由国务院颁布实施。 条例共8章56条 第一条 为了加强农业转基因生物安全管理，保障人体健康和动植物、微生物安全，保护生态环境，促进农业转基因生物技术研究，制定本条例。 第八条 国家对农业转基因生物实行标识制度。,基因工程产品的源头在实验室，大量的研究工作也在实验室，因此，实验室规范基因工
15、程研究是实现基因工程安全性的基本环节和重要场所。,基因工程实验室安全基本要求,基因工程工作安全等级,基因工程工作分4个安全等级。与研究对象、采用的载体系统、转化方法等相关。 级：不存在危险 级：低度危险 级：中度危险 级：高度危险,生物实验室分为4个级别： BSL1、 BSL2、 BSL3、 BSL4。 BSL1或BSL2级：不需过滤空气，台面防酸碱、耐热，有通风柜等 BSL3或BSL4级：特殊空气双过滤系统和排放液体的消毒系统。,基因工程实验室分级,每个基因工程实验室应制定有针对性的基因工程操作安全规范指南。 了解基因工程基本原理、实验目的及所操作生物的属性。 充分认识所用菌种、受体、载体、
16、目的基因、基因操作方法和基因工程产品的安全性。 根据基因操作对受体生物安全性的影响确定基因操作对安全性的影响类型（I、II、III）。,基因工程实验室操作注意问题,根据基因操作对受体生物安全性的影响确定基因操作对安全性的影响类型I、II、III。 （P137） 影响类型I：增加受体生物的安全性。 影响类型II：对受体生物的安全性没有影响。 影响类型III：受体生物的安全性降低。,详细记载实验过程：受体生物；供体生物；目的基因的核苷酸序列；目的基因与载体构建的图谱；载体的名称、来源、结构、特性；标记基因或报告基因的大小、功能；启动子和终止子的大小、功能等；目的基因与受体基因组整合及其表达的分子检测或鉴定结果；转基因性状及其产物的检测、鉴定技术；试验地点的位置地形图和释放隔离图；试验设计等 。 其他：在培养过程中，一个工作人员不得同时操作两种不同的细胞或菌种；不要共用试剂、实验台；实验记录污染的处理；生物材料的交流。,基因工程实验室操作注意问题（续）,基因工程生物垃圾处理： 生物垃圾与其他垃圾有什么不同？ 从事
