从原理上来看,转移基因并不难理解。不过,由于不同物种间基因表达的难度不一,对有着复杂调控机制的后生动植物来说,转基因的具体操作还是很复杂的。因此,转基因技术最早是从较简单的微生物开始,而对细菌、酵母(部分单细胞真菌的统称)的基因改造也是基因工程中历史最悠久、研究最广泛、取得实际应用成果最多的领域。细菌和酵母的生理结构和遗传物质都比较简单,具有生长速度快、对环境因素敏感、便于进行大规模培养、容易进行遗传物质操作等优点。经过基因改造后的微生物一般被称为“基因重组微生物”,最擅长在发酵工程中一展身手,可以改善产品的质量,降低成本,以及按照人类的需求生产特定产物。
几十年来,基因重组微生物生产的产品如氨基酸、有机酸、维生素、酶制剂、激素、抗生素等食品和药品,已经进入到我们生活的各个角落。应用这些转基因产品时,并未引起广泛的争论。如果转基因大豆压榨的油算是“转基因食品”的话,那么,经过基因修饰的工程菌发酵所得的奶酪、酱油等是否也应该算是“转基因食品”呢?
公众广泛参与转基因争论,是从转基因作物大规模摆上人们餐桌开始的。不过虽然伴随着越来越广泛的争论,但转基因作物的推广应用并没有停止。从抗虫棉、抗虫玉米到抗除草剂大豆,目前全球转基因作物的种植面积已经达到了作物总种植面积的12%。而转基因动物也在医药研发与生产中发挥着越来越重要的作用,特别是2015年11月,第一种供直接食用的转基因动物——转基因三文鱼的上市申请在美国获得通过,转基因动物走上餐桌的日子已越来越近。
其实,从应用来说,转基因技术远非局限在农业上,这项技术早已大规模应用于药物生产、环境修复以及燃料生产等领域。也就是说,不仅是身陷舆论旋涡的转基因农作物使用了转基因技术,在我们身边,大量的食品、药品、工业原料,实际上都使用了转基因技术。
对于转基因产品安全性的问题,中国科学院院士许智宏表示:“世界上有不少啤酒、奶酪是用基因改造的酵母来加工的,大多数胰岛素等基因工程药物是用基因重组技术,把外源基因引入微生物产出的。转基因技术在世界范围内已经是常规的技术。迄今为止,还没有一个严格的科学证据可以证实转基因食品对人类健康、动物以及生态环境会产生有害影响。”
许智宏院士在中科院作科普报告 图/声像中心王志刚,司文钢
下面,我们就来盘点一下全球范围已经上市的转基因生物制品,它们大致可以分为发酵所得的食物和添加剂、药品、可直接食用的食材和工业用途四类。
奶酪
要生产奶酪,就离不开凝乳酶,这是一种能让牛奶凝固的关键酶,最早是从牛犊的胃中得到的。面对全世界对奶酪旺盛的需求量,显然不可能通过宰杀牛犊来获得足够的凝乳酶。科学家们利用基因技术,将控制牛犊凝乳酶合成的基因,导入微生物体内,生产出活性很强的凝乳酶,并且具有生产周期短、产量大、酶提取方便、经济效益高的优点。1989年,世界上第一种由转入了牛凝乳酶基因的转基因微生物生产的奶酪,由瑞士政府批准上市。生产凝乳酶的转基因微生物不会残留在凝乳酶中,因此,它们也不会残留在奶酪中。目前,已有超过17个国家在用这种凝乳酶生产奶酪。美国、英国市场上有90%的奶酪都是用它生产的。
啤酒
啤酒是世界上广受欢迎的饮品,酿造啤酒的啤酒酵母直接关系到啤酒质量的好坏。双乙酰是啤酒生产工艺中重要的风味物质,但如果浓度太高,就会严重影响啤酒的味道。人们利用基因工程技术改造啤酒酵母,使其在啤酒发酵过程中降低双乙酰含量。此外,基因工程改造的啤酒酵母也可以加速发酵过程,缩短生产周期,已经在啤酒工业中广泛使用。
奶酪和啤酒都离不开转基因
果葡糖浆
果葡糖浆(也叫高果糖浆)是一种用玉米为原料发酵得到的甜味剂,甜度与蔗糖相当,广泛用于碳酸饮料、果汁饮料、运动饮料、果冻、糕点小吃等产品中。不仅其发酵的原料大多为转基因玉米,发酵过程中使用的许多微生物和酶制剂,也是基因工程的产物。如葡萄糖异构酶就是由基因重组的链霉菌用生物发酵技术实现大规模生产的。除果葡糖浆外,软饮料(如可乐、果汁饮料、功能饮料等)中其他许多配料也同样源自生物发酵工程,而使用的工程菌大多数经过了基因工程的改造。
阿斯巴甜
阿斯巴甜是使用最普遍的甜味剂之一,广泛适用于糖尿病患者的饮食中。阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成,这两种氨基酸都由经过基因工程改造的微生物发酵以实现大规模生产的。
氨基酸
氨基酸是构成蛋白质的基础,作为医药、食品、饲料的添加剂,广泛应用于食品、畜牧、日化等诸多产业。传统的氨基酸生产方法成本高、工艺复杂,难以实现大规模工业化生产。经过基因工程改造的工程菌可以迅速地生产出大量的氨基酸,满足人类社会的各种需求。
柠檬酸
柠檬酸广泛用于医药、食品、饮料、日化等行业的产品中,每年全球的需求量达110万吨。若是从一个个柠檬中挤出汁来提取,显然远远无法满足需求。生物发酵工程可以保质保量地生产柠檬酸:以玉米、红薯、木薯等淀粉含量较高的农作物作为主要原料,加入基因重组的曲霉,即可高效地发酵出柠檬酸。
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