重組DNA技術(shù)涉及到組合不同來(lái)源的遺傳信息,從而創(chuàng)造自然界以前可能從未存在過的遺傳修飾生物體(genetically modified organisms,GMOs)。zui初,在分子生物學(xué)家中有人擔(dān)心這些生物體可能具有不可預(yù)測(cè)的不良性狀,一旦從實(shí)驗(yàn)室逸出將帶來(lái)生物學(xué)危害。這種擔(dān)心在1975年美國(guó)加利福尼亞州阿西洛馬市召開的科學(xué)會(huì)議[45]上成為焦點(diǎn)。在那次會(huì)議上討論了重組DNA技術(shù)的安全問題并提出了*個(gè)重組DNA技術(shù)指南。接下來(lái)25年多的研究經(jīng)驗(yàn)證實(shí),在進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奈kU(xiǎn)度評(píng)估并采用了適當(dāng)?shù)陌踩胧┮院?,可以安全地進(jìn)行遺傳工程工作。
重組DNA技術(shù)或遺傳工程zui初是用來(lái)將DNA片段克隆到微生物宿主中,以過表達(dá)特定的基因產(chǎn)物用于進(jìn)一步研究。重組DNA分子也已經(jīng)用于獲得遺傳修飾生物體,如轉(zhuǎn)基因和“基因敲除”動(dòng)物以及轉(zhuǎn)基因植物。
重組DNA技術(shù)已經(jīng)對(duì)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)產(chǎn)生巨大影響,并且由于整個(gè)人類基因組的核酸序列已經(jīng)被了解,極可能會(huì)產(chǎn)生更大的影響。成千上萬(wàn)種未知功能的基因?qū)⒉捎弥亟MDNA技術(shù)來(lái)進(jìn)行研究。基因治療可能成為某些疾病的常規(guī)療法,采用遺傳工程技術(shù)將可以設(shè)計(jì)出許多新的基因轉(zhuǎn)移載體。
同樣地,采用重組DNA技術(shù)獲得的轉(zhuǎn)基因植物將可能在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中扮演日益重要的角色。涉及到構(gòu)建或使用GMOs的實(shí)驗(yàn)應(yīng)首行生物安全評(píng)估。與該生物體有關(guān)的病原特性和所有潛在危害可能都是新型的,沒有確定的。供體生物的特性、將要轉(zhuǎn)移的DNA序列的性質(zhì)、受體生物的特性以及環(huán)境特性等都需要進(jìn)行評(píng)估。這些因素將有助于決定安全操作目標(biāo)遺傳修飾生物體所要求的生物安全水平,并確定應(yīng)使用的生物學(xué)和物理防護(hù)系統(tǒng)。
生物表達(dá)系統(tǒng)的生物安全考慮
生物表達(dá)系統(tǒng)由載體和宿主細(xì)胞組成。必須滿足許多標(biāo)準(zhǔn)使其能有效、安全地使用。質(zhì)粒pUC18是這樣一種生物表達(dá)系統(tǒng)的實(shí)例。質(zhì)粒pUC18經(jīng)常與大腸桿菌K12細(xì)胞一起使用作為克隆載體,其完整測(cè)序已經(jīng)完成。所有需要在其他細(xì)菌表達(dá)的基因已經(jīng)從它的前體質(zhì)粒pBR322中刪除。大腸桿菌K12是一種非致病性菌株,它不能在健康人和動(dòng)物的消化道中持久克隆。如果所要插入的外源DNA表達(dá)產(chǎn)物不要求更別的生物安全水平,那么大腸桿菌K12/pUC18可以在一級(jí)生物安全水平下按常規(guī)的遺傳工程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。
表達(dá)載體的生物安全考慮
下列情況需要較高的生物安全水平:
1、來(lái)源于病原生物體的DNA序列的表達(dá)可能增加GMO的毒性
2、插入的DNA序列性質(zhì)不確定,例如在制備病原微生物基因組DNA庫(kù)的過程中
3、基因產(chǎn)物具有潛在的藥理學(xué)活性
4、毒素的基因產(chǎn)物編碼。
用于基因轉(zhuǎn)移的病毒載體
病毒載體(腺病毒載體)可以用于將基因有效地轉(zhuǎn)移到其他細(xì)胞。這樣的載體缺少病毒復(fù)制的某些基因,可以在能夠補(bǔ)充這些缺陷的細(xì)胞株內(nèi)繁殖。
這類病毒載體的貯存液中可能污染了可復(fù)制病毒,它們是由繁殖細(xì)胞株中極少發(fā)生的自發(fā)性重組產(chǎn)生的。這些載體操作時(shí)應(yīng)采用與用于獲得這些載體的母體腺病毒相同的生物安全水平。
轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和“基因敲除”動(dòng)物
攜帶外源性遺傳信息的動(dòng)物(轉(zhuǎn)基因動(dòng)物)應(yīng)當(dāng)在適合外源性基因產(chǎn)物特性的防護(hù)水平下進(jìn)行操作。特定基因被有目的地刪除的動(dòng)物(“基因敲除”動(dòng)物)一般不表現(xiàn)特殊的生物危害。包括那些表達(dá)病毒受體的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物一般不會(huì)感染該種系病毒。如果這種動(dòng)物從實(shí)驗(yàn)室逃離并將轉(zhuǎn)移基因傳給野生動(dòng)物群體,那么理論上可以產(chǎn)生儲(chǔ)存這些病毒的動(dòng)物宿主。
目前已經(jīng)就脊髓灰質(zhì)炎病毒,特別是與脊髓灰質(zhì)炎相關(guān)的問題討論了上述可能性。由不同實(shí)驗(yàn)室獲得的表達(dá)人脊髓灰質(zhì)炎病毒受體的轉(zhuǎn)基因小鼠,它們對(duì)不同接種途徑的脊髓灰質(zhì)炎病毒的感染都很敏感,所產(chǎn)生的疾病在臨床和組織病理學(xué)上也與人脊髓灰質(zhì)炎相類似。但小鼠模型與人不同的是,在口腔接種脊髓灰質(zhì)炎病毒后,腸道內(nèi)的病毒復(fù)制不充分或沒有發(fā)生。因此,如果這種轉(zhuǎn)基因小鼠逃到野外,幾乎不可能產(chǎn)生脊髓灰質(zhì)炎病毒新的宿主動(dòng)物。但是,這個(gè)例子表明,對(duì)于每一種新的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,應(yīng)當(dāng)通過詳細(xì)研究來(lái)確定動(dòng)物的感染途徑、感染所需的病毒接種量以及感染動(dòng)物傳播病毒的范圍。此外,應(yīng)當(dāng)采取一切措施以確保對(duì)受體轉(zhuǎn)基因小鼠的嚴(yán)密防護(hù)。
轉(zhuǎn)基因植物
那些表達(dá)了能夠耐受除草劑或抵抗昆蟲能力等基因的轉(zhuǎn)基因植物,目前在世界許多地區(qū)都引起相當(dāng)?shù)臓?zhēng)議。這些爭(zhēng)議的焦點(diǎn)是這類植物作為食物的安全性,以及種植后的生態(tài)后果。表達(dá)動(dòng)物或人源性基因的轉(zhuǎn)基因植物用于研發(fā)醫(yī)學(xué)產(chǎn)品和營(yíng)養(yǎng)物品。通過危險(xiǎn)度評(píng)估可以確定這些轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)品所需的生物安全水平。