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转基因食物会让你转基因?也许你该看完这篇文章再讨论

编者按:
在纪录片《食物进化》(Food Evolution)的开始,夏威夷岛的居民激烈讨论是否应限制或禁止使用转基因,他们担忧的与众多中国普通民众一样,认为转基因是入侵物种,会影响人们的健康……但实际上,转基因技术拯救了夏威夷的木瓜以及乌干达的香蕉产业。这部由电影制片人斯科特·肯尼迪拍摄的纪录片将反对或支持转基因的双方观点一一呈现,2017年在北美上映,4月19日在中国举办了点映会。
正如《转基因问题是如何撕裂中国社会的?》中分析的那样,人们对转基因的恐慌可以理解。“反”“挺”双方长期并不在一个语境中对话。如果我们掌握一些基本的生物学知识,也许能更顺畅地探讨这个话题。
本文作者王尧,退休前为同济大学医学院生化教研室主任、教授、研究生导师,从事《生物化学》和《分子生物学》的教学和科研工作多年,他试图用最通俗易懂地语言阐释基因与转基因,告诉我们为什么吃转基因食物不会被转基因。希望大家能够读完文章再留言。
 
撰文 | 王尧
责编 | 程莉
 
很多朋友对转基因食品持否定态度,究其心理,主要是害怕食用了转基因食物会导致自己被转基因,从而罹患什么疾病。一篇“反转”的文章中写道:“驴和马交配生产来的是骡子,而骡子丧失了生育能力,你琢磨一下转基因食品的害处有多大吧!”这是不少民众反转心理的充分写照。其实这些都是不必要的担心!为什么呢?且听我细细道来。
 
人常说:“龙生龙,凤生凤,老鼠生的会打洞”,这说明了生物的遗传性具有相当的保守性。当然,生物也具有变异性,但是,其保守性要比变异性稳定的多。不可能今天是狗,明天又变成了猫。那么,为什么遗传性会非常稳定呢?这是因为任何一种生物都有保卫其基因稳定的严密措施,从单细胞生物细菌到最高等的人,都具有这种保卫能力。
 
要说清楚这个问题,必须从分子生物学的角度加以阐明,我们先从基因说起。
 
基因是什么?
 
基因的知识,如今在中学的生物学里都会学到。也许您年长一些,错过了这个内容的学习,那也没有关系,让我们稍作补习。说的浅显一些:基因就是记载着生物遗传密码的载体,也可以理解为遗传密码的“天书”。各种生物都按照这部载体(天书)中的密码来建造自己的结构和运行自己特有的功能和代谢类型。当然,这种科普的语言肯定有其不够严谨之处,但不太离谱就行。那么,这个载体是什么?经过无数科学家不懈探索,如今可以肯定地回答说:载体就是核酸。
 
核酸是一种生物大分子,它分为两大类:核糖核酸(RNA)以及脱氧核糖核酸(DNA)。除了部分病毒,绝大多数生物的遗传信息都记载于脱氧核糖核酸分子上。
 
核酸的组成单位是核苷酸,往往由数十、数百、数千乃至更多的核苷酸连接起来形成核酸。核苷酸又是由三部分更小的分子组成:磷酸、核糖(或脱氧核糖)以及碱基。
每种核酸有四种不尽相同的碱基,由于它们的化学名称拗口难记,在这里用四种大家熟悉的扑克牌花色来代替:红桃、黑桃、梅花和方块。在这个卡通画中,中间穿黄色衣服的小人代表脱氧核糖,他右手拿着一个磷酸,左手举着一个碱基。三者一起代表一个核苷酸。因为碱基有四种,那么脱氧核糖核酸(DNA)中就有四种核苷酸(见图2)。
 
也可以用文字来简单表述核苷酸的结构:
 
磷酸-脱氧核糖-碱基(四种之一)
 
许多个核苷酸连接起来,构成了核酸(图3)。
 
图3所表示的核酸链仅仅是其起始端的一段,只包括6个核苷酸。其实,一个核酸链中可能有上百、数千、过万个核苷酸,由于篇幅的原因,这里仅仅示意罢了。从图来看,核酸链实际上是一条不断重复的磷酸-脱氧核糖所形成的链子上挂了一串四种不同的碱基。正是四种不同碱基的排列顺序,记载了复杂多样的遗传密码。
 
有人会问:仅仅4种不同的密码符号能有足够的复杂性吗?回答是肯定的。君不见莫尔斯电报密码仅仅由点(嘀)和划(哒)两种符号构成,它可以表达世界上各种繁杂的电文含义;又比如电子计算机的基本数学语言是“0”和“1”两个符号,就足以完成复杂的运算、绘图、著文等本领;那么核酸具有四种符号不就更加能够胜任有余地编码世界万物的生命密码了吗?
 
生物体内的信息流,是从核酸流向蛋白质和酶(酶是具有催化活性的蛋白质),换言之,核酸的遗传信息决定了蛋白质和酶的结构(在这里为了简化,省去了RNA的环节),而蛋白质和酶进一步决定生物体的结构、功能和代谢类型,也就是决定了该生物的一切性状。通俗地说,它决定了是人、是马、还是牛,或者是什么植物;如果是人的话,你是男还是女,是丹凤眼或者杏仁眼,身材像武松还是武大郎,……。
 
那么,核酸中的碱基序列是如何编码和决定蛋白质的呢?现在知道是采用“三字经”的原则。即三个碱基密码符号决定一个氨基酸(蛋白质的组成单位),这种三字经也没有逗号,但采取每三字一断句。例如:
 
“人之初性本善性相近习相远。”读作:人之初  性本善  性相近  习相远 。
 
虽然没有逗号,却有句号,句号也是由碱基密码编码的。它代表编码一种蛋白质的信息到此结束,下面可能会开始另一个蛋白质的编码。
 
核酸中碱基密码决定蛋白质中氨基酸排列顺序的方式可参看图4。
 
 
蛋白质中氨基酸的数目、种类和排列顺序,决定了它具有什么功能。
 
胰岛素是已知的最小的蛋白质之一,它由51个氨基酸组成。我们可以想见编码胰岛素至少需要有51X3 = 153个碱基。而由这51个氨基酸照此排列组成的蛋白质——胰岛素,就具有调节糖代谢的重要功能。不同的蛋白质具有不同的功能,众多的蛋白质和酶则决定了个体的性状。
 
好了,我们有了这些基本知识,就容易讨论和说明问题啦。
 
食物中的基因载体物质会不会改变我们的基因呢?
 
01 层层设关,严加把守
 
记载着人类生命信息的核酸,它深藏在细胞王国的宫殿——细胞核中,食物中外来的基因物质要达到细胞核可以说绝无可能。
 
1、胃肠道内的消化关:
 
食物进入胃肠道,必须经过消化,才能吸收,尤其是那些大分子物质,更需如此。淀粉需水解成葡萄糖才能吸收,蛋白质需消化为氨基酸才能吸收,而核酸大分子在消化道中更遭遇到分化瓦解。
 
核酸首先在消化道中强大的磷酸酶的作用下,被分解为其组成单位核苷酸(见图5)。
►图5 核酸(核苷酸n)→ n核苷酸
 
核苷酸的分子量仍然比较大,它进一步在磷酸酶的作用下,切掉磷酸,分解为核苷和磷酸(图6):
 
 
核苷在核苷酶的作用下,分解为脱氧核糖和碱基(图7)。
 
 
至此,核酸的巨大分子在消化道中被酶分解为分子较小的碱基、脱氧核糖和磷酸,加上少量残留的核苷酸,可被肠道吸收。
 
上面讲到:遗传信息是由挂在核酸链上的碱基排列序列决定的,因此可见,当核酸被分解为这些小分子的物质之后,就丧失了遗传信息载体的功能。试想,当一部三字经被碎纸机切成碎片之后,你还能从这些碎纸片读出任何意义吗?
 
总之,食物中无论是动物性或者植物性的基因物质,无论是“原生态”的、还是自然杂交的、人工授粉的、还是用高科技进行转基因的所有农作物的基因物质,都毫无例外地在人体的消化道中被“千刀万剐”而“粉身碎骨”。即使有少数漏网者,也因为它们是大分子不能吸收而随大便排出,结果“遗臭万年”。“粉身碎骨”和“遗臭万年”的结局向我们提示:食物中外来的基因物质,对人体不会造成基因干扰。
 
2、肝脏“海关”的严防把守:
 
如果我们把消化道比喻为一条流经人体城市的运河,那么从运河上岸的货物都必须先送到“海关”——肝脏进行检查。消化道吸收的血液并不是直接注入血液大循环的,而是汇集为门静脉流入肝脏。如果有毒,则必须经过肝细胞的解毒和灭毒处理;另外,肝窦中布满了免疫系统的免疫细胞——“库夫氏细胞”,它们可被看作是一批训练有素的“缉私队员”,专门查扣“洋烟、洋酒”一类的走私品,也就是非自身的、外来的细菌、细胞和高分子,把它们包围继而消灭之。这些缉私英雄们,个个横刀立马,用火眼金睛洞察一切,凡发现偷渡和走私分子,就立刻缉拿逮捕并法办。
 
3、血管壁和细胞膜组成的“森严壁垒”:
 
血液循环运送的各种“物资”,要进入细胞,也绝非来者不拒。对于高分子而言,那是“一概免入”,除非你有独特的“受体”,可以接受你的信息;小分子物质往往也不都是可自由出入;就连一些离子,例如钠离子、钾离子等都有其专用的离子通道。核酸是高分子,那当然是坚决拒之门外了。想混进去是:没门!
 
4、细胞内的“看家犬”:
 
在细胞王国中,豢养一些诸如“狼狗”、“藏獒”之类的看家犬,它们能够清楚辨认主人和外来人,对自家人是忠心耿耿,倍加爱护;而对外来者则是疯狂撕咬,扯碎为止。这种看家犬就是“限制性核酸内切酶”。这种酶不但人类和高级生物有,就连单细胞生物——细菌等也是装备齐全。它们对自己的核酸温柔体贴,但对外源性的(即其他生物的)核酸则坚决分解撕碎。这是所有生物保卫物种纯洁性和遗传稳定性的共有的自卫武器。
 
5、细胞核——细胞王国的“皇宫”戒备森严:
 
人的遗传物质是深藏于细胞核之中的,细胞核的核膜又是一道难以逾越的“城堡”。在细胞核中,遗传物质——脱氧核糖核酸更是被严密封锁在“保险箱”——染色体当中。只有当细胞的生理或者代谢需要的时候,“保险箱”才能按照指令部分打开或者有序打开。“外贼”是很难接近这里的核心机密的,即使外贼混进来,还没有等他来得及下手,已经被“藏獒”们撕个粉身碎骨。
 
由上述可见:食物中外源性的核酸(遗传信息物质)要想过五关斩六将从而达到人体细胞核内与人的核酸杂交,那只能是天方夜谭。试想,自从有了人类以来,我们每天食入各种各样的食物,有动物的,有植物的,五花八门。有人开玩笑说:我们中国人,特别是广东人,不管是天上飞的,地上跑的,都会拿来吃。如果食物的基因物质可以与人体的基因任意杂交而改变人体的性状,那么,人早就不是人了!如果我们天天吃猪肉,就会长猪耳朵;常常吃牛肉,就会长牛蹄,……。大概只有科幻小说里才能有这样荒唐可笑的想法。
 
有人会说:天然食物、或者是自然杂交的农作物、甚至人工杂交的农作物都是安全的,唯独用高科技的转基因的方法杂交的农作物是有害的,可能会使人像驴和马杂交一样,使人发生转基因。这种观点显然只是凭自己想象,是完全没有科学根据,完全没有道理的。很可能是被三氯氰胺、地沟油、苏丹红、硫磺等等非法添加剂吓坏了的民众的一种恐惧心理。其实,无论是天然食物、自然杂交的农作物、人工杂交的农作物还是转基因的农作物,其遗传信息载体都是核酸,化学本质并没有区别,都会在人体的消化道中被分解,也都无法过五关斩六将到达人体细胞的细胞核与人体基因杂交。而且,基因改造的过程发生在农作物的改良过程中,而不是发生在农作物作为食物被食入人体之后,所以这种担心是多余的,是完全不必大惊小怪的。
 
当然,世界上没有绝对的事情,唯一例外的是病毒。病毒是一种连单细胞结构都没有的最简单的生物,它仅仅由蛋白质外壳包裹着核酸内芯组成,却是生物界臭名昭著的梁上君子——“时迁”。它善于穿墙打洞,把它的遗传信息物质——核酸注入到动物或者植物的细胞中去捣乱。不过,科学家对农作物进行转基因是为了改善该作物的某种性状,会转移一个更优秀的基因进去,不会转一个病毒基因进去。这里提到病毒,只是一段题外话。
 
02 另立炉灶,从头合成
 
食物中的核酸在消化道分解为碱基、核糖(和脱氧核糖)、磷酸以及少量的核苷酸,吸收到体内之后,一般并不被利用作重新合成人体核酸的材料。这一点是与糖类、蛋白质有明显的区别。多糖淀粉在消化道中分解为葡萄糖,当吸收到体内以后,部分葡萄糖可以根据生理需要合成糖元(人体的多糖);蛋白质在消化道中分解为氨基酸,吸收后可以作为建筑材料,重新按人体的遗传密码指令来建造人体特有的蛋白质。但是人体细胞(以及各种生物)都基本是另起炉灶,利用一些营养非必需氨基酸、甚至代谢废物二氧化碳等小分子物质为原料来合成自身特有的核酸,这叫“从头合成”。这一事实,也可能更加体现了机体防止外来基因物质的干扰,彻底保证物种的纯洁性和遗传的稳定性,防止发生变异。
 
只有在极个别的情况和个别的部位,也可以利用核苷酸和核苷来合成自身的核酸,这叫“补救合成途径”。在这里,单个的核苷酸和核苷,已经失去了原来的编码意义。就像我们可以利用原来三字经中的单个字,例如“人”、“善”、“远”等单字来写我们自己的新文章,丝毫也不会影响我们文章的独特性和新颖性。很少量地利用吸收的核苷酸和核苷,也绝不会影响我们自身基因的独立性和纯洁性。
 
核酸在消化道中的分解产物有四种碱基,其中两种属于嘌呤类化合物。嘌呤对人体无用而且有害,人体需要将其转变为毒性较小的尿酸,然后从尿排出。但是如果食入嘌呤太多,生成的尿酸就过多,导致“高尿酸血症”,尿酸会在骨关节及组织中沉积下来,引起痛风病。从这个角度来看,食物中的核酸,可以被看作“垃圾食品”,把他们看成能影响人体基因的物质,那是看走了眼。多年来,我们国内流行一种核酸饮料保健品(例如“XX核酸”等),他们的宣传广告曾鼓吹:食入核酸可以修改人的核酸从而治疗基因病,使人长寿等等。这类谋财害命的骗人广告,可能会使不少人受骗上当,产生错误的认识,为接受“转基因食品有毒”论,打下基础。前面已经说了很多,食入的核酸在消化道中就分化瓦解了,而且想达到细胞核中与人体核酸相遇也绝无可能,它们只能充当垃圾,不会变成妖精或恶魔。
 
本文转载自“梅斯医学”,有修订删改。
 
作者简介:
 
王 尧,退休前为同济大学医学院生化教研室主任、教授、研究生导师。
 
此前,曾先后在延安大学医学系、苏州医学院 脑研究室、上海铁道医学院和上海铁道大学医学院任教。
 
多年来,从事《生物化学》和《分子生物学》的教学和科研工作。科学研究主要涉及脑肿瘤的基础研究、神经系统的蛋白质研究、脑基因的克隆与表达等。著作有《神经生物化学与分子生物学》一部;参编大学教材4部;在中、英、日文的期刊和杂志上发表实验论文、综述、科普文章、译文等共计逾百篇以上。科研成果获得省部级科学进步奖计10项次。文章曾获得《生命的化学》十周年征文奖的一等奖和三等奖。曾荣获铁道部优秀教师称号和国务院专家特殊津贴。
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