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星言星语与星月(211):转基因鱼的故事

已有 1143 次阅读 2022-10-5 11:49 |个人分类:谈情说爱|系统分类:科普集锦

按:26年前,爷爷曾经参与编写《医学分子生物学》教材(主编之一,武汉大学出版社1996年版),再版时改为《医学分子生物学原理与方法》(科学出版社2000版),并邀请朱作言院士作序。为了帮助我热爱科学,他找来中国科学院水生生物研究所副所长胡炜研究员的文章“鱼跃龙门——转基因鱼的故事”,要我一边学习,一边当做语文作业改写。在爷爷的鼓励和辅导下,我开始了这一不成熟的尝试。

但是,科普作品与科学文献有很大的差距,尤其是少儿科普。这篇粗糙的文字能够获得同学们的认可吗?显然不能。请大家多提宝贵意见,我们的目标是:让科学更加轻松地走进少年的心里。

1989年,美国出版的《科学年史》把“世界首例转基因鱼的诞生”,作为近代中国两大重要开拓性成果之一。1990年,美国《纽约时报》在长篇述评中指出,中国关于鱼类基因工程的研究成果领先美国3年。这个故事的主人公就是朱作言院士。

朱院士1941年出生于湖澧县,1965年从北京大学生物系毕业,分配到中国科学院水生生物研究所(武汉)工作。在20世纪70年代,世界范围内悄然兴起了一股基因工程的旋风,他及时地捕捉到这一先机。在70年代中期,就尝试将耐寒雅罗鱼的总DNA转移到土鲮鱼受精卵中,以期提高土鲮鱼的耐寒特性。他之所以能够开展这一研究,与其曾经在童第周士领导下,进行过鲤鱼与鲫鱼的细胞核移植(克隆鱼)的经历有关。

但基因工程需要“更上一层楼”,即向生物基因组转移(或植入)外源基因。这一工作当时仅限于欧美等极少数实验室能够开展。1981年,在刘建康院士(朱于1978年考取童第周院士的硕士研究生,1979年童去世后转师从刘至1980年毕业)的鼎力推荐下,朱作言被中国科学院遴选公派至英国进修,系统学习了转基因的分子生物学技术。

1983年,他回到水生所,在一栋职工筒子楼的2间各12平方米的陋室中,展开了转基因鱼的研究(图1)。当时,转基因操作仪、显微注射针、工作台等设施都是他们自己手工制作的。没有超净工作台,用酒精棉球将办公桌反复擦拭后,采用那跳动的酒精灯焰使周围形成一个可以利用的“无菌空间”进行实验。那时候,实验室仅有他从国外带回的3支移液器、2000个塑料“枪头”和1000个离心管,这种一次性使用的耗材在他们开始研究时,都被当作宝贝反复使用。朱院士和他的两名助手每天轮流清洗、烘烤和回收这些小东西。

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朱作言(左1)在简陋的实验室中带领助手开展转基因鱼研究

1984年3月的武汉,春风送走了严寒,江河湖泊开始苏醒,蛰伏了一个冬季的鱼儿喧嚣而躁动,鲫鱼产卵了,朱院士他们的实验也就启动了。但是,外源基因如何转移进鱼类受精卵?要用多少外源基因进行转移?转移外源基因后的胚胎如何培育?外源基因在鱼类能否发挥功效?……一连串的技术难题缠绕着他。庆幸的是,他曾经跟随童院士学习,掌握了过硬的鱼类胚胎显微操作技术,以及在英国经历的系统培训。经过反复摸索,终于实现了人生长激素基因向鱼类受精卵的转移。

当小心呵护的转基因鱼苗经过几个月的生长,他惊喜地发现一些鲫鱼个体显著较大。是人生长激素基因的作用吗?他要重复这一试验。然而,鲫鱼的繁殖只在每年的春季进行,仲秋时分如何获得转基因操作的鱼类胚胎?就在这时,仿佛一道闪电照亮了他的心灵:泥鳅不是一年多次繁殖吗?于是,水生所附近菜场的泥鳅成了宝贝,他们很快获得了快速生长的转基因泥鳅。1984年,在震撼世界的“超级鼠”问世后,中国科学家也正式确认了具有快速生长特性的转基因鱼。

但是,早期的转基因鱼研究使用的重组基因元件来源于人类和小鼠,出于食品安全考虑,他们随后提出了以“全鱼”基因构建体进行转基因的构想。他选择了我国四大淡水名鱼之一的黄河鲤进行育种研究。这种鲤养殖历史悠久,历史上就有“洛鲤河鲂,贵于牛羊”的美誉,《诗经》称“岂其食鱼,必河之鲤”。1991年,他们将“全鱼”基因导入黄河鲤受精卵后,获得的转基因黄河鲤表现出明显的生长速度快、饵料转化效率高的优良养殖性状(图2)。

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7月龄的转基因冠鲤(下)与对照鲤(上)对比图

时至今日,世界范围内已成功研制了30多种转基因鱼。这些转基因鱼包括许多水产养殖重要品种,分别转入生长激素、抗冻蛋白、抗菌肽和溶菌酶等不同基因,或促进生长,或提高抗逆性。还有转基因观赏性鱼类,表达荧光蛋白基因,形成奇妙的体色。进而,转基因鱼技术开始进入商品应用阶段。

但我国的转基因鱼研究却是“起了个大早,赶了个晚集”,因为社会争议较大,没有专门公司进行产业化推动等原因,一度出现停滞。国外的转基因鱼研究原本晚于我国,但发展很快,美国食品药品监管局2015年正式批准转基因三文鱼可供人类食用。半年后,加拿大监管机构也作出类似决定。而早在2002年,这家选育出转基因三文鱼的美国公司曾专门到朱院士的团队交流取经。

朱院士说,我国现行转基因生物安全管理非常严格,其安全评价需经过实验研究、中间试验、环境释放、生产性试验和安全论证等五个阶段。他们的转基因鲤鱼项目目前处于环境释放试验阶段。“国家对转基因研究的监管是审慎又严格的,所有国家批准的转基因品种都是安全的。”由于社会误解,朱院士指出“转基因”就是“分子杂交”,但人们似乎对“杂交”的概念宽容一些。



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