Monday, Nov. 24, 2014

     

基改作物有什麼危險?

credit: CC by sachman75@flickr

基改作物有什麼危險?任何未知的東西都有他的危險性在,即使是天然的也有危險。不然神農氏的臉怎麼會是綠的?世界上有多少人對花生過敏?更不要提很多植物其實本身就有毒,所以一開始就認為基改作物一定是極端危險的,其實也不公平。

但是基改作物的確有他的危險性存在,基改作物的危險性主要是來自於兩件事,一件事是農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)本身的問題,另一件事則是植物本身帶來的副作用。

農桿菌是什麼?目前在市面上的轉殖植物,大概都是農桿菌的產品。這種細菌,廣泛存在於土壤中,如果感染植物,就會使植物長出腫瘤。

農桿菌如何讓植物長出腫瘤呢?

原來農桿菌上面有一個質體叫做Ti 質體。Ti是「誘發腫瘤」(tumor-inducing)的意思,農桿菌會把這個質體上面的一段DNA插入植物的DNA裡面(1)。插進去的DNA裡面帶有可以合成生長素(IAA)以及細胞分裂素(cytokinin)的酵素的基因。所以,一旦這段DNA插進植物細胞裡面,多了那段DNA的植物細胞,就會因為合成較多的生長素跟細胞分裂素,就開始進行細胞分裂。

假想一下,當樹幹上的植物細胞,只有10個被農桿菌感染,開始進行細胞分裂;而周圍的數百數千個細胞都還是如如不動的時候,會怎麼樣?當然那10個細胞就會長到凸出來,就成了腫瘤。

動物長腫瘤,是可怕的事;植物長腫瘤呢?其實植物長腫瘤,因為植物的每個細胞都被細胞壁圍得動彈不得,所以長出來的腫瘤細胞也不會亂跑(轉移),對植物來說也不痛不癢。

但是如果長在樹幹上,當然就會損害的木材的經濟價值;而腫瘤長得多了,會分去植物合成的養分(新的細胞當然需要養分來合成),所以很早(1897年)就有人研究這些腫瘤,發現了農桿菌。

當然接下來就會開始努力研究農桿菌的致病機轉,到了20世紀末期,科學家發現農桿菌上面的Ti質體,也發現農桿菌在感染植物細胞的時候,就是把Ti質體上面的一段DNA放到植物的DNA裡面。

而且,這段DNA有很清楚的界限,被定名為左邊界(Left Border, LB)與右邊界(Right Border, RB)。

既然這樣,有科學家就想到,如果我們把左邊界與右邊界中間的序列,置換成其他的DNA,然後再放回去農桿菌裡面,接著是不是只要用農桿菌來感染植物,就可以不費吹灰之力地把那段DNA放進去植物裡面了?

為什麼會有人想到這些,主要是因為過去製作轉殖植物的方法,都是用基因槍(gene gun),基因槍是很貴的設備,轉殖率也不高。

所以,一有人想到這方法,大家就開始努力的讓這個方法實現。由於用農桿菌感染植物,對植物本身的傷害不大(相對於基因槍),所以一旦這個方法真的能用,使用的人就愈來愈多了。

聽起來好像沒什麼問題,怎麼又會說有問題呢?

問題在於,理論上農桿菌應該只會把位在他的Ti 質體上面,從LB到RB中間的那一段放到植物裡面去;所以,只要研究者把LB到RB之間那段弄清楚,不要摻雜什麼有問題的DNA序列進去,理論上應該不會有什麼麻煩。

可是,過去的研究發現,農桿菌沒有那麼聽話(2,3)。

他有時會把完整的一整段轉進去,有時只會轉一個片段,有時會轉相反的片段。

如果是轉相反的片段,那就是一大堆的Ti質體都進去了,唯獨想要轉進去的那一段沒有進去。那一大段裡面有什麼?那可熱鬧了,包括了複製原點、對抗生素產生抗性的基因……。

另外也曾發現,他除了放Ti質體的序列以外,還在其他一些莫名其妙的地方放了一些奇怪的大小不一的片段。(3)

另外一個問題是,農桿菌只需要辨認一小段DNA序列就可以把它自己的DNA插入,所以他是「亂放」(4)。

因為亂放,所以很難保證他放進去的序列,不會因為放在哪裡而產生不一樣的問題。在我過去的經驗,同樣一段轉殖基因,轉到同樣的植物上,不同的轉殖株,呈現出來的性狀會有差異。

所以,除非今天生物科技公司願意把轉殖植物的「整個基因體」定序一次,否則,很難確定它是「除了轉殖基因以外,都跟原來的植物相同」。

植物本身帶來的副作用又是什麼呢?

植物本身的問題,主要是因為現在推出的轉殖植物,若不是抗病蟲(最有名的就是抗玉米根蟲 Diabrotica virgifera virgifera 了,也就是蘇力菌 Bacillus thuringiensis 裡面的 Bt 基因),就是抗殺草劑(glyphosate)。

能抗病蟲的,最近已經發現快要沒用了;去年(2012)在美國的五個州已經找到抗 Bt 的玉米根蟲了(5)。為什麼會出現抗 Bt 的玉米根蟲呢?其實是因為農民改變了種植方式;在以前還沒有 Bt 玉米的時候,最有效的防治方法就是輪作。今年種玉米,明年就改種別的;這樣玉米根蟲就不會多。

但是在改種轉殖玉米以後,因為他不怕玉米根蟲,加上美國政府補貼農民種玉米,於是農民就一直種一直種,都不輪作了。

不輪作,就提供了玉米根蟲一個人工的天擇場所;相信原本應該就有少數的玉米根蟲是不怕Bt的,但是過去沒有Bt玉米的時候,他們不見得比其他的蟲吃香。可是現在有了Bt玉米。

目前已經有五個州找到抗Bt的玉米根蟲了,相信Bt失效只是時間的問題而已。

至於抗殺草劑的,往往農民會因此使用更多殺草劑;但是雜草們也已經演化出對殺草劑的抵抗性了(6)。

弔詭的是,原本對於抗殺草劑的轉殖植物,過去擔心的是抗殺草劑基因會跳到野草身上,產生超級雜草(super weed);但是,超級雜草已經誕生了,而且是自然在野外演化出來的,跟轉殖植物一點關係也沒有,倒是跟農民大量使用殺草劑有關。

當然,不管是具抗性的病蟲,或是超級雜草,都是因為農民因為有轉殖作物,改變了過去務農的方式。這讓我想到抗生素—早期抗生素不也是這樣濫用,用到現在產生一大堆的MRSA、還有超級細菌嗎?

嗚呼,人總以為自己一定可以勝天,勝了嗎?(至於有些人認為,吃了轉殖作物的風險是來自於我們會吃下轉殖作物的DNA;這個想法其實是非常的錯誤。怎麼說呢?任何生物吃其他的生物,不管是生食或是熟食,一定會把其他生物的DNA也一起吃下去。想想看,在實驗室裡,要動用很多化學藥劑、要磨碎細胞、用離心機離心離心再離心才能把特定物種的DNA給萃取出來;而我們平常吃的食物,頂多就是洗洗切切煮煮烤烤炸炸,誰萃取過了?如果認為吃下轉殖作物的DNA是危險的,那麼為什麼幾百萬年來,我們放心大膽的吃遍飛禽走獸、吃遍蔬菜水果,怎麼沒人擔心過,吃芹菜會變芹菜、或是吃牛會變成牛之類的?

當然可能還有人會說,但是我們平常不會去吃細菌的DNA~確定嗎?我們從市場買回來的菜肉魚等等,都不是無菌的,只是我們會清洗到生菌數低於一定數目以下,然後再煮熟~煮熟了,就是把煮熟的細菌跟著食物一起吃下去。如果吃那麼多年都不會有事,為什麼吃煮熟的帶有一點點細菌DNA的植物就會有事呢?這些都是沒有根據的恐懼。)

參考資料:

  1. Pitzschke A. and Hirt H.. 2010.  Newinsights into an old story: Agrobacterium-induced tumour formation in plants byplant transformation. The EMBO Journal 29, 1021 – 1032.
  2. Fobert PR, Miki BL, Iyer VN. 1991. Detection of gene regulatory signals in plantsrevealed by T-DNA-mediated fusions. Plant Mol Biol. 17(4):837-51.
  3. Kononov ME, Bassuner B, Gelvin SB. 1997. Integration of T-DNA binary vector ‘backbone’sequences into the tobacco genome: evidence for multiple complex patterns ofintegration. Plant J. 11(5):945-57.
  4. Brunaud V, Balzergue S, Dubreucq B, Aubourg S, Samson F, Chauvin S, Bechtold N, Cruaud C, DeRose R, Pelletier G, Lepiniec L, Caboche M & Lecharny A. 2002. T-DNA integrationinto the Arabidopsis genome depends on sequences of pre-insertion sites. EMBO reports 3, 12, 1152–1157
  5. BBC News. 2011. Plant pests: The biggest threats to food security?
  6. Jerry Adler著. 林慧珍譯. 2011. 超級雜草. 科學人.

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葉綠舒

做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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