《一本书看懂转基因》是台湾民间公益刊物《科学月刊》的理事长林基兴写的转基因科普书,是台湾第一本转基因科普读物,果壳网主编徐来、黄大昉、罗云波、余淑美等30多位学者专家鼎力推荐。
到底存不存在“番茄基因”或“细菌基因”?食用转基因食品会改变人的基因吗?科学家为何不敢说“转基因作物绝对无害”?反对转基因食品者,了解自己在反对什么吗?作者林基兴是台湾科普界的著名作家,对于转基因科技发展的历史背景、转基因的相关知识、转基因食品是否安全,以及媒体在转基因知识传播过程中所起的作用,做了深入浅出的分析,对于一般公众来说,如果想理性讨论转基因问题,推荐先读一读这本书。
★《一本书看懂转基因》是科学家撰写的科普作品。作者林基兴是台湾民间公益刊物《科学月刊》的理事长,热心于科学传播★果壳网主编徐来、黄大昉、罗云波、余淑美等30多位学者专家鼎力推荐★内容深入浅出,易读好懂,就转基因话题解答了民众最关心的问题,一般民众皆可读。
林基兴
台湾大学化工系学士,美国华盛顿大学工程博士。现任“行政院”科技会报办公室研究员,环保署“非游离辐射预警机制风险评估小组”主席,公益《科学月刊》社理事长,并在台湾大学化工所兼课。通晓法、德、俄、日、英语,著有《电磁恐慌》《为何害怕核能与辐射》。
序曲 山重水复疑无路
第一章 人是过客,环境长存
生物来去,人类跃升
人口与农业“相互提拔”
生物的进化是必然现象
天择其实是军备竞赛
注重环保:皮之不存,毛将焉附
自然不等于道德
过客,请善待地球
第二章 绝处逢生——分子生物学来相救
还原论已展现威力
基因是什么?
生物本来就共用DNA和蛋白质 序曲 山重水复疑无路
第一章 人是过客,环境长存
生物来去,人类跃升
人口与农业“相互提拔”
生物的进化是必然现象
天择其实是军备竞赛
注重环保:皮之不存,毛将焉附
自然不等于道德
过客,请善待地球
第二章 绝处逢生——分子生物学来相救
还原论已展现威力
基因是什么?
生物本来就共用DNA和蛋白质
没有所谓“番茄基因”或“细菌基因”
基因的改变是进化的基础
转基因的时代背景
转基因是什么?
老祖宗早就在从事“转基因”大业
所谓转基因,其实取之于自然
分子农场崛起
第三章 转基因食物安全吗?
担心DNA作怪
“实质等同”观念
转基因产品需不需要标示?
背上“科学怪食”的辱名
你听过食品上喷洒病毒吗?
为何过敏?
转基因导致蜜蜂消失?
专题报道一:台湾的转基因现况
第四章 合作代替对抗
该问“是否永续”,而非“是否有机”
“天然”的诱惑:当心中毒!
扯入宗教就吵不完
民众不必担心转基因混淆荤素食
其实要担心的是食品遭受外来污染
专题报道二:卫生福利部的叮咛
第五章 基因流动与杂草问题
基因流动是什么?
防止基因流动的策略
“超级杂草”并没啥超级
转基因作物没比非转基因作物更伤环境
第六章 反转基因的源头
预警原则是什么?
风险认知:应尽量用几率来表达
基因科学家的理性约束
“绿色和平”吹皱一池春水
不论事实如何,反转基因者就是反对
消费者的态度
欧洲为何有反转基因风潮?
转基因食品公民会议
专题报道三:转基因技术的其他妙用
第七章 望风披靡与众口铄金
媒体的威力:风吹草掩
三代转基因作物各有目的
转基因更有利于开发中国家
反转基因者最爱传播的谣言
苏力菌的故事
大鼠被谁伤到?
玉米风波,乌龙连连
肯尼亚个案的省思:民生科技不敌政治
丑化转基因的例子:基因使用限制技术
留心知识产权问题
为何弄得只剩跨国大公司从事转基因?
民调的用字遣词,能操纵民意
曲终 化作春泥更护花
不熟转基因科技者,请谨慎发言
误解科技的悲剧
渐露曙光:合作产生力量
浓浓的谢意
附录一:与转基因相关的世界规范
附录二:评估转基因安全性的技术细节
附录三:发表前再确认
附录四:参考文献
生物本来就共用DNA和蛋白质
30多亿年前,地球开始出现生物,后来的生物出自同一源头。你我现在的DNA和基因,有一部分还是30亿年前流传下来的。人类的DNA序列和黑猩猩的差异度只有1%。(但为何500万年前分开进化的人与黑猩猩,长得很不像?因为大多数重要的进化改变,发生在控制基因开启和关闭的DNA片段,因此一个微小的遗传变化,就可能造成重大的影响,例如改变了基因表现的时机。大自然可借由调控相同的基因,以不同的方式运作,而发展出两种很不同的生物。)和父母亲的基因组比较,你我的基因组大约有100个突变。
人类有200种细胞,均来自单一细胞(受精卵)。人类基因数目是大肠杆菌的10倍、果蝇的2倍、约与玉米相近。我们的基因组和老鼠很相似;人和其他生物的相似性,让我们更体会生命的统一性,毕竟生物来自同一源头。
不论何种生物的细胞,均是胶状长分子的聚合,大部分为蛋白质。细胞都具有共通处,例如,分裂时均复制DNA——大肠杆菌大约在20分钟完成复制,人类则需8小时(因为人类的复制数目约为大肠杆菌的千倍)。
各种生物基因的运作规则都一样:都是由基因转录成RNA,再转译成蛋白质。制造蛋白质的过程也相似,蛋白质的结构域(domain)也相近——当我们比较细菌、植物、人类,蛋白质的结构域不论在序列或结构上,均很类似。不同生物的蛋白质的相似性,反映出生物细胞执行了许多相同的反应,而且显示生物之间的进化关系。
生物内的转录和转译规则均相同,因此,细菌的基因经过适宜的转换,便可在植物中运作,也可制造出相同的蛋白质。这便是转基因技术的基础所在。
诺贝尔生理医学奖1965年得主雅各布指出,生物均由差不多同样的分子组成,从人类到酵母均具有类似分子,执行共同的功能(细胞分裂、传递信息等),但是因为控制基因运作调节的差异,就出现了这么多不同的外形。因此我们说,人类和豌豆(鱼和番茄等)的差异主要并非在于基因,而在于基因如何、何时、何地运作和布局蛋白质。鱼类与哺乳类的外观差异大,是因为几个调节基因系统上有差异,这些调节基因就是决定在何时、以何种基因开始运作的指挥者。生物个体很不同,但胚胎发育时,主导基因很类似,就是这样,透过基因的复杂调控,才得以产生复杂的生物。
就像表达同一意思的一个字,可用在许多文章中,基因为一段信息,而可用在许多不同的生物体内。所有的生物互相关联,分享相同的基础遗传系统,因此,一个生物的基因也可在另一生物体内发挥功能。你可将鱼的一个基因放在水果内,或相反的,将水果的一个基因放在鱼内。鱼的基因只是片段的信息,并没有贴着标签,写着“我来自鱼”。
——摩西(Vivian Moses),英国伦敦国王学院生物技术教授
没有所谓“番茄基因”或“细菌基因”
形成基因的方法包括“分子拼凑”(DNA片段的复制或整个基因的复制)、排列组合已有的片段(马赛克般的基因)。整个生物世界就像个巨大的积木,可一块块拆下,再以不同方式组合,产生不同的外形。例如,控制细胞分裂的基因组,在酵母菌和人类中相同;控制动物脊椎前后轴的细胞功能,在人类和苍蝇的基因相同。
几亿年来的进化过程中,生物保存了功能和结构;有些基因和蛋白质经过复制,出现小差异,能执行新的功能。新物种或新现象,往往来自旧的基本单位出现全新的组合方式;大自然的复杂度,是由少数的基本单位组成的。
看上去并不相关的生物之间,转基因之所以可行,正是因为所有活的生物都有相同的DNA编码、相同的蛋白质合成、相同的许多基本生命机能。因此,表面上看起来也许很不相同的生物,实际上非常相似,至少在分子层面而言非常相似。对所有生物而言,相似性大于相异性,这也是看似完全不同的生物之间,能够转基因的原因之一。
基因并不独属于它的生物来源。因此,并没有所谓的“番茄基因”或“细菌基因”;无论番茄还是细菌,它们都是由基因组合作而不是由单个基因构成的。大部分品种只是因为有很小比例的基因不同而相异,即使番茄和细菌,尺度差异这么大,也都拥有很多共同的基因——因为番茄和细菌曾经有过共同的祖先。
担心 DNA作怪
食物中早就含有各式各样的基因,这些基因源自肉类、蔬菜水果,甚至昆虫、病毒、细菌等。经过消化后,食物中的 DNA就会分解成为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶——也就是组成 DNA的四种碱基。消化系统中的唾液腺、胰脏、小肠均有分泌物可分解DNA,胃酸则从腺嘌呤和鸟嘌呤下手,破解整个分子的作用。但是这些分解并非百分之百完成,这就让反对转基因食物者拿到把柄,认为可能导致“水平基因转移”,亦即吃下基因会改变人的基因。
真是这样吗?
有些科学家宣称:检测到一些DNA会逃离消化道,进入血液系统。但细究之下,发现他们使用非常高浓度的 DNA进行实验,这在实际中情况是不可能发生的;这些科学家若非刻意误导,就是疏忽。例如,德国科隆大学遗传研究所的德夫勒(Walter Doerfler)团队,研究食物中的基因在大鼠体内的流动情况,他们的确发现一些DNA会逃离消化道,进入血液系统。他们所用的材料其实来自“嗜菌体M13”,但这是天然基因,而非转基因;他们发现大鼠体内到处都有其DNA。这结果让人担心转基因食物中的外来基因也会到处跑。
其实,该团队喂食大鼠的是50微克的“嗜菌体M13”DNA分子(1微克等于百万分之一克),而非50微克的转基因大豆DNA,两者相比,其值相差约15万倍(嗜菌体M13有6 400碱基对,大豆DNA有10亿碱基对)。如果要公平比较(正确的实验),就必须喂大鼠吃15万倍的大豆DNA,可检测的浓度才会相当。但是大鼠并不吃纯DNA(大豆的主要成分是淀粉和蛋白质),那大鼠就得吃下非常非常多的大豆,这是很不可能的事。
另外,在2003年,英国“环境、食物、田野事务”部的部长报告指出:“德夫勒并不在研究转基因,而是研究所有吃下的基因。”亦即,在血液系统中找到食物DNA,并不值得惊讶。
人类进化的过程中,一直吃下各种食物,各式人物嗜食各式食物——动植物之外,当然也包括各种菌类等“异乡异气、异国风味”,因此,我们的身体一直暴露在各式外来基因中。
自有人类以来,一直在进食基因,并没有任何证据显示,食物基因可进入人体细胞。
——马尔科姆(Alan Malcolm),英国生物研究所执行长
所有干燥后的蔬果与肉的重量,大约有1/100是DNA。所有食物几乎都包含DNA,现代人一天吃下大约1克的DNA,其中,少于1/250 000是转基因食物的DNA。一般转基因蛋白(改造后的基因所转译产生的蛋白质),在1克植株的含量大约为20微克,占所有蛋白的万分之一左右。
食物中带有基因的DNA,在消化道会被消化液分解,变成营养成分被吸收。例如,胰液中的核酸酶分解DNA成为核苷酸(串联成DNA与RNA的基本分子,由含氮碱基、戊糖和磷酸根构成),肠液中的核苷酸酶再将核苷酸分解为戊醣、含氮盐基、磷酸。英国新堡大学的吉尔伯特(Harry Gilbert)团队,以自愿者实验转基因大豆,发现在排泄物中并无转入的基因,显示DNA在经过消化道后均被分解了。所以,转基因作物的基因(DNA片段)不会污染人体,只要是国家核准的转基因食品,均可安心食用。
事实上,人类食用各种作物数千年,并无作物基因进入人体细胞的实情。
若有人担心转基因作物,质问:“谁知道几十年后是否会造成身体出问题?”会这样质问的人,对于非转基因的传统育种作物,更应该要提出同样的质疑,因为非转基因(包括辐射与化学改变)等传统育种,其实是“挥舞大锤来改造基因”,也就是“无知的基因大混合”,根本不知道混合了哪些特定的基因——这也是转基因食物,却从无人担心,也从无严格评估检验安全性。那么为何还要担心“经过严格检验的转基因作物”?
反对之论禁得起科学检验?
反对者常说转基因食品“未经测试”与“不安全”,但他们往往不提包括美国国家科学院、英国皇家学会、欧洲学会等,许多国家的科学院一再检视转基因作物的安全性,也声明对人健康无害。几近20年来,全球多少亿人食用核准上市的转基因食品,比起传统的非转基因食品,并无一人因转基因而致病或死亡。
美国国会会计总署也发布过同样的安全评估结论报告。另外,包括20名诺贝尔奖得主在内,全世界3 200多位有声望的科学家,均认为:就对人体健康而言,目前市场上的转基因产品并不比传统产品的风险大。
有些人担心的是:吃进转基因作物时,其外源基因或启动子,会侵入人体肠壁细胞,甚至引发病变。(启动子是DNA当中,具有“开关”功能的一段特别的序列,可决定特定的基因能否开启,以便细胞生产该基因所对应的蛋白质。)
但是,动物的胃酸很强,即使是植物的细胞壁,也会在一分钟内被胃液分解破坏,然后,细胞内的基因就会被分解;因此,转基因作物的外源基因或启动子,不可能有机会进入人体肠壁细胞内。传统农作物的基因中,也不乏外源基因或启动子,可是人类食用各种农作物成千上万年,从未有证据显示外源基因或启动子会进入人体细胞。
美国有机消费者协会和国际绿色和平组织均宣称,转基因食物可能导致长期健康问题,或损伤环境,但并没有提出适当的证据。2012年,《食品化学毒物学》(Food and Chemical Toxicology)期刊有论文指出,公立研究实验室进行超过24个长期动物喂食研究,并没发现长期食用转基因食物的安全问题。
2009年,三位法国科学家(Vend .mois等人)发表文章,重新分析三个前人所做的喂食试验(确定转基因玉米的安全性)。这三位法民众宣称,转基因玉米导致哺乳动物的肝脏、肾脏、心脏受损。法国生物技术科学委员会的高等委员会,审查这篇文章后,认为并无科学证据显示转基因导致血液、肝或肾毒性。
原来,这三人是接受了绿色和平组织的资助。其实,这三人在2007年发表的文章,已被一些论文审查者评为统计上有误。欧洲食品安全署评估该两篇文章(2007年、2009年),得知其结果在自然变异的范围内,所宣称的健康效应并无生物关联性。
英国《自然 生物技术》(Nature Biotechnology)期刊在2009年有一篇论文《评估转基因植物DNA在人体胃肠道的残存》,作者英国卫生部的内瑟伍德(Trudy Netherwood)等人指出:“食用转基因大豆后,肠道菌群的移植的基因量并没有增加,我们的结论是:在喂食实验中,并没有基因转移。”但该实验也显示,已经切除大肠者,在实验前,其消化道中已有微量的移植基因;但不论实验前或后,正常人(没切除大肠者)消化道中均无移植基因。
反对转基因者没看清楚这篇论文的内容,就武断认为该实验显示“有可能基因转移”。不过,德国与英国科学团队于2005年、美国科学团队于2006年发表的论文均显示,动物吃了转基因植物后,器官或组织中均无转基因作物残余或新蛋白质。
各式的澄清不胜枚举
2007年,欧洲食品安全署(EFSA)声明:“大量研究鸡、牛、猪、鹌鹑等农场动物的组织、体液、食品等,并没有检测到来自转基因作物的重组DNA片段或蛋白质。”虽然至今还没有证据显示转基因食物造成危害,各国监管部门还是遵循准则,评估其安全性,包括转基因食物及其非转基因对应食物的营养差异和致敏性或毒性。
尽管上市的转基因食品都经过严格评估和监管,安全争议的故事依然流传。
世界粮食计划署、世界卫生组织、联合国粮农组织,在2002年夏季发表关于生物技术的联合声明,指出科学证据显示,目前市场上的转基因食品对人体没有任何已知的伤害。欧洲委员会也在 2002年8月发表公开声明,同样认为没有证据证明转基因玉米有害。
转基因作物已受到许多政府的严格管制,欧洲食品安全署和各会员国政府均详细检验转基因植物。美国食品药物管理局、环保署、农业部也是。因此,欧美的转基因作物商品化之前,均已经过广泛安全测试。
于2000年到2003年间,由荷兰食物安全研究所柯伊伯(Harry Kuiper)负责协调13国65位参与者,经费超过1 000万欧元。该计划分五个工作小组:转基因食物安全测试、侦测不想要的效应、基因转移、可追踪性与品管、社会层面。工作小组建议:检验转基因食物安全性的一个标准是“和传统食物相比”,因为传统食物多年来已有无数人食用的经验,这就是“实质等同”(substantial equivalence)的观念,不论目前或以后更复杂的转基因食物,均可适用。
2008年,英国皇家医学会发表评论指出,15年来,转基因食物已经在全世界有千百万人食用过,并无负面效应的报道。类似的,美国国家科学院于2004年声明:“至今,并无可归因于基因工程的有害人类健康效应。”到了2010年,欧盟研究与创新总署报告显示:超过15年、多于130个研究计划、500余独立研究团队,所得主要的结论为:生物技术(尤其是转基因生物)本身并没比传统育种技术更具风险。
2012年,美国医学学会公布其对转基因作物与食物的立场:
第一,支持美国国家科学院1987年科学白皮书《释放重组DNA生物到环境中》的三个主要结论:(1)没有证据显示“转基因技术或不相关生物间的基因移动”,就会产生独特的风险;(2)“转基因DNA生物、未转基因生物、其他方式改造的生物”三类的风险均相同;(3)评估转基因生物的风险,目标应是该生物的本质与导入的环境,而非其是否来自转基因。
第二,直到2012年6月,没有科学根据须将转基因食物标示,自愿标示并不值得(除非伴随着对消费者的教育)。
第三,支持转基因食物上市前、强制性的系统性安全评估,并鼓励:(1)开发和验证对于意想不到效果的检测和评估技术;(2) 以实质等同评估原则,继续侦测转基因食物的营养或毒物是否有相当的改变;(3)尽量不用抗生素抗性标记。
第四,转基因食品有许多潜在的福祉,不支持暂停种植转基因作物的计划;应鼓励继续研发食品生物技术。
值得一提的倒是,转基因产生的蛋白质可能是有毒的,但是转基因食物蛋白质的可能毒性,正是各国安全评估的要项。例如,中国台湾“卫生署”食品安全性评估,包括成分、毒性、致敏性、胃蛋白酶耐受性、代谢物的分析、抗生素抗性筛选基因等,事实上,已经涵盖各界对转基因食品安全性的所有疑虑了。
“实质等同”观念
“实质等同”这个安全评估的概念,为世界经济合作组织(OECD)于1993年提出,经过世界卫生组织与联合国粮农组织于1996年认可。“实质等同”的评估,意指:比较食品于转基因前后之异同,包括农艺性状、形态、遗传、组成等等;差异处就需要进一步分析(营养、毒性、过敏诱发性)。
“实质等同”包含两部分:(1)比较转基因作物和对应的非转基因作物,两者相同的部分就不需要安全评估;(2)比较两者是否含有相似浓度的蛋白质、碳水化合物、脂肪、氨基酸、纤维、维生素和各种其他成分,两种作物各方面均相似时,就称为“实质等同”。但是话说回来,所有作物的营养素及其他成分必然会有差异,任两种作物(甚至同一作物的两个样品)均可能不一样,“实质等同”当然不代表绝对相同,而是代表:转基因作物成分浓度的范围,就落在非转基因作物的典型范围之内。
目前,许多国家的转基因作物管制单位,均已采用实质等同的观念。现今已经批准的转基因作物,均与它们的非转基因对应作物实质等同;至于有差异的部分,当然就是“新”DNA了,以及衍生的新蛋白质(和新RNA转译的蛋白质)。我们要再次强调:没有必要测试转基因作物中引入DNA的安全性,因为DNA(和衍生的RNA)早已存在于几乎所有的食物中。
不过,新蛋白质引入植物时,就需要测试其安全性了!标准方式为使用动物实验,而且需要使用很高的剂量,远远高于人们实际上进食的量。由于在转基因作物和衍生的食品中,引入的新蛋白质量通常很少,因此,直接以转基因作物喂食动物,并无法测试高剂量的蛋白质;实际做法是,以纯化的高剂量新蛋白质,来喂食动物。
只要新蛋白质确定为安全,转基因作物食品确定实质等同而无健康风险,则不需要(也没意义)在人体上测试转基因食品的安全性。
另外,也不可能设计人体长期安全测试,因为那将需要在人生多年进食大量特定的转基因产品;所以,实际上就是没办法以全食品从事人体实验,这是现存食品,不论转基因与否,并无人体测试的根本原因。
有人质疑:现在虽无证据显示转基因作物有害人类,但几十年或几百年后呢?如果这是问题,那同样也应该拿来质疑传统育种作物,因为传统作物也是转基因作物,只不过是用传统育种方法来进行基因改造。例如,现在所有的玉米,均是由墨西哥玉米一代代改良培育(转基因)而来,其中包括不自然的步骤,譬如地缘很远的植物之间的交配。育种者并不了解其中的基因如何在植物间转移重组,但是从没人担心现在或几十年、几百年后有害!
转基因作物的一些蛋白质、荷尔蒙或毒素,因其特定的生物活性,也许会影响致癌率;但是这类生物活性已可从蛋白质的结构来预测,便可由毒性研究而辨认。会致癌的蛋白质并不会用在转基因作物中。
因此,若转基因中引入的DNA、RNA、蛋白质已知其特性功能,就不需要从事长期动物癌症研究了。传统食品并不做长期癌症测试,若转基因食品包含新化学成分,就要依个案检讨测试癌症的必要性,例如检测该成分的特性、生物活性、饮食中包含该成分的后果。
即使科学证据表明,上市转基因作物和非转基因对应作物“实质等同”,监管单位仍习惯于要求证明安全的资料“多多益善”,而非 “足够就行”。
目前在国际市场的转基因食物已通过风险评估,对人体健康不大可能呈现风险;在已经核准的国家,民众食用多年,并无影响健康的效应。
——2002年,世界卫生组织声明
在现实世界,一般民众似乎不易体会“实质等同”的意义;而且当政府或科学家说“至今尚无转基因作物有害健康的证据”,民众也疑虑,质问政府和科学家为何不敢说“转基因作物无害”或“转基因作物绝对无害”?其实,这牵涉到统计学的“无法证明虚无假设(null hypothesis)”,因此不可能证明绝对安全。用“白话文”来说,就好比:“我没有钱”是一种虚无假设,不可能证明“我没有钱”的,你只要搜查我的口袋、银行账户、当铺、姐姐家、瑞士银行……没完没了地搜查下去,也许就在我的书桌底下找到一元铜板;你总会发现,我不可能完全没有钱。
能证明“苹果绝对无害”吗?不可能。要求证明绝对无害只是自暴其短(暴露自己无知)。然而这便表示“既然无法证明绝对无害,就表示可能有问题,该恐慌”吗?
其实不然,因为凡事皆有风险,吃东西有噎死的风险,不吃东西有饿死的风险;古人已知不可“因噎废食”,为何今人还不比古人理性?类似的,毒物学有一句名言:“万物是否有毒,关键在剂量。”就像肉毒杆菌毒素是已知最毒的细菌性毒素中的一种,但在低剂量时,却仍然可以安全地放入人体中——肉毒杆菌毒素可是美容圣品啊!
台湾地区也采用实质等同原则,只要能证明源自