Golden Rice Project

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金稻米项目

生物强化 — 对传统干预的补充

在发展中国家,每年有50万人成为盲人,其中 儿童占多数。50 %的人在变成盲人后一年内死亡。每年有近9万 儿童因为营养不良而死亡。维生素A缺乏(VAD)严 重影响免疫系统,因此,虽然儿童的死因可能有 很多种,但是VAD却是最主要的原因。最近发现, 因疟疾死亡的5岁以下儿童和其蛋白质,维生素A和 锌的摄入量不足有关。各种为补充和强化饮食多 样化的公共和国际项目已取得实质性进展,但难 以实现全面覆盖以及可持续性。生物强化,涉及 基因改良主食作物的常规育种,为获得更全面的 营养提供了可能性,特别是对社会上的贫困阶层 来说更是如此。

人们的微量营养素缺乏主要是铁,锌和维生素A。 因为贫困阶层依靠的日常主食主要为大米。只能 从中摄取β- 胡萝卜素(前体维生素A)再将其转化为维生素A,而从 大米中能摄取的β- 胡萝卜素很少所以维生素A缺乏症在贫困阶层中很多。 依靠大米为主食,最后会不可避免地导致VAD的发生 ,对儿童以及孕妇,VAD的影响非常严重。对于有4亿 人口的以大米为主食的贫困阶层,医疗任务也非常 艰巨:视力降低 — 极端案例甚至完全变盲,免疫功能下降,极易感染 传染性疾病,免疫反应降低,造血作用和骨骼生长 减慢,以及其他方面功能的衰弱。富含前体维生素A 的大米就可以很好地解决这些问题。这只能通过基 因工程来实现。虽然在传统型大米种子的子叶里含 有前体维生素A,但是在被食用的胚乳中(种子能量 储存的组织)却缺乏。在世界上最重要的水稻品种 中,也没有发现任何含有该特性的变种。

科学性突破

生产金稻米的目的就是加入产生前体维生素A的生化 途径所必要的基因以弥补大米中维生素A原的缺失。 并确保导入基因只在水稻胚乳里表达,即只在大米 食用部分表达。大米呈现的金色就是含有β- 胡萝卜素的标志。实验室实验已经建立了含不同浓 度前体维生素A的多个品系,先正达公司通过与瑞士 的波特里科斯 (Ingo Potrykus), 德国的贝耶 (Peter Beyer) 的合作研究,分别都有了新的研究成果。目前研究 的目标是生产含足量β- 胡萝卜素,即每日的推荐所需量的水稻品系。

金色稻米的这一特性在原则上可以被引入到许多不 同的水稻品种中,但由于严格的监管要求,最后只 允许经过法规净化( regulatory clean)的株系, 选用其作为多样育种计划的种子。

寻找出路

根据人道主义项目的结构框架,发展中国家将获得 金稻米的使用权。从一开始,这就是一个公共研究 项目,旨在减少发展中国家的营养不良问题。由于 私营公司的大力支持和因人道主义而得到的免费许 可证,用于生产金稻米的知识产权这一被广泛关注 的问题可能得以克服。这为与公共水稻研究机构的 合作开辟了道路,在发展中国家可自由选择与当地 适应的金稻米水稻品种。

一旦当地开发的含有金稻米性状的品种符合国家一 级生物安全标准,农民就可以免费获得这些品种。 这些种子将成为他们的财产,他们可以使用其部分 的收成作为来年播种,并且完全免费。金稻米适合 农民使用的传统耕作制度,不需要额外的农业投入 。因此,不会产生新的依赖关系。此外,金稻米性 状也不会给环境带来任何潜在危险,所以不需要推 迟其广泛使用。

自从1999年取得最初的科学突破后, 如果没有新型的公私伙伴关系(PPP),是不可能有 任何新的进展。由于先正达和其他农业生物技术产 业的捐助者达成了一个协议,金稻米是完全免费的 作为人道主义使用,供给那些从耕作中年收入低于 10,000美元的人,而收入超过该值,就需要通过先正达公 司获取商业许可证再种植。人道主义许可证由金稻 米人道主义委员会授给公共水稻研究机构。这些许 可证协议确保了目标品种的处理是按照既定的生物 安全准则和条例来进行的,同时目标人群能收到免 费的含有维生素A原的品种。

按当地消费情况量体裁衣

国家和国际公共水稻研究机构掌握了适应当地的金 稻米水稻品种发展,以及向国家生物监管当局申请 进行实地试验和得到监管的批准。迄今为止,人道 主义金稻米网络遍及包括在孟加拉国,中国,印度 ,印度尼西亚,南非,菲律宾和越南等16个国家的机 构。该网络在金稻米人道主义委员会的战略指导下 ,由菲律宾的国际水稻研究所(IRRI)进行管理和协 调。人道主义委员会,属于一个荣 誉机构,由多个国际机构的专业人员组成,如从水 稻研究所水稻育种退休的 Gurdev Khush 博士(研究方向:水稻育种); 来自波士顿塔夫茨大学人类营养研究中心的 Robert Russell 教授(研究方向:维生素A缺乏);华盛顿国际粮食 政策研究所 (IFPRI) 的增收部门主管 Howarth Bouis 博士(研究方向:生物强化工程);来自洛克菲勒 基金会的 Gary Toenniessen 博士(研究方向:发展中国家的粮食安全);美国国 际开发署华盛顿的 Robert Bertram 博士(研究方向:发展第三世界农业); 瑞士发展合作伯尔尼处所的 Katharina Jenny 博士(研究方向:技术转让和跨部门的问题; 先正达公司的 Adrian Dubock 博士,(研究方向:产品开发和知识产权); 国际合作的水稻研究(IRRI)的 Ren Wang 和 William Padolina 博士;专家 Ingo Potrykus (合作发明者);苏黎世 ETH 的名誉专家兼主席(公共 关系与信息);弗赖堡大学的 Peter Beyer 教授(共同发明人)(研究方向:维生素原A和其他 营养缺乏的生物强化的科技进步);英国先正达公 司的 Jackie Paine (研究方向:金稻米的最新发展技术);国际合作 的水稻研究的 Gerard Barry

Golden Rice in the field

生物强化种子,一个可持续的解决方案

生物强化 --- 通过生物工程补充主食谷物里的微量营养素,可 能是减少发展中国家贫困人口微量营养素缺乏的 最持久最节约的方法。金稻米是该方法的首例实 验。目前对该研究的投入也比较适中(9年来一共 两百四十万美金),且主要用于最基本的研究。 但是,产品的开发和发展则需要长时间和更坚固 的基金支持。

虽然因为要求撤销管制而进行相应的生物安全评 估,会使开支显著增加,但是只要生物强化品种 被解除管制,并被派发给农民,该系统就能充分 发挥其潜力。从这一点考虑,该技术已经被内置 到每一个金稻米种子,并且不需要任何额外投资 。让我们考虑下每粒金稻米种子的潜力:单单一 个植株如生长状况良好就可以产生1000粒种子;在四代 或不到两年的时间里,该植株将生产超过1012粒种子 。这标志着28万吨大米,已经足够养活10万贫困人口 一年,而且一旦他们吃了金稻米,他们所需的前 体维生素A会自动得到补充,从而减少VAD的发生。这 样获得的保护是免费和可持续的。该技术中将所 有农民需要的利益都包含在一粒种子中!

忽视利益

从 1980 年至 1990 年, 科学家们整整花了10年从开发必要的技术到将基因 导入水稻。从基因导入水稻到发现前体维生素A合 成到种子里的途径, 又花费 了从1990年至1999年9年的时间。接着为了开发金稻米, 又花费了5年(1999年至2004年)。目前为了推进金稻米 生产通过监管解禁进程,已经花费了好几年,而 且可能还要花费更长的时间。20年是一个非常漫长 的过程,但是,考虑到金稻米可能大大减少每 年50万名儿童的失明率和每年2-3 百万人的死亡率,如果有可能缩短产品解禁所花 费的时间,我们就可以防止成千上万的孩子失明 和百万人的死亡 !类前体稻

尽管在过去20年,对转基因植物的生产和商业化已 经具有大量的知识基础,今后还是不得不花费好 几年时间用于进行必要的生物安全评估,以排除 金稻米对环境和消费者带来任何损害的可能。

目前一些国家的管理实践是基于对预防原则的过 分解释,而对风险管理几乎不留余地。现时的情 况是,即使是最轻微的, 假设的, 可能存在的风险也必须进行测试,并可能导致拒 绝登记申请。与此同时,潜在的利益则被忽视。 生态学家,包括该技术的反对者也承认,对因为 β-胡萝卜素在植物胚乳中的出现和积累会给农业 或野生环境产生危险(同时在其他植物胚乳里也 出现β- 胡萝卜素的积累),他们无法给予现实的例子证 明。这表明目前的环境风险评估系统存在大量的 非理性因素。因为这一事实,第一次小规模的金 稻米田间试验选择在美国进行,而不是在原本计 划的东南亚地区,其原因就是东南亚对预防原则 的误解, 导致的繁文缛节。

无法承受的经济负担

这些法规要求的内容是什么?首先,申请必须经 过精心挑选属于调理净化的转基因物。管制标准 不一定是基于科学基础,其中包括一系列要求, 例如,插入的DNA部分不应经历多次整合或重排,转 基因不能超过边界限制,以及微生物源的复制和 DNA 的复制。而这要求从成百上千次选取相同的DNA构建 的转基因事件中选取调理净化的品种。基因的本 身构造也必须考虑到监管当局所施加的要求。精 心挑选的项目就可以开始一系列的必要生物安全 评价试验,来证明或反驳任何假定的生物安全问 题。这种做法的后果是,近 99 %的转基因事件,而且往往是那些拥有最高表达 水平的,必须放弃。第一步,大规模进行数百个 类似项目,随后销毁其中的大部分,这些对大部 分公共研究机构来说都是遥不可及的,在发展中 国家以及发达国家,基金扶助机构都不准备为这 些费用买单。

生物安全评估始于项目独立实验研究。这些研究 都涉及到了基因的引入及其功能,并适用于所有 能产生这些基因的项目。研究之后,就会公开新 特性的评价测试结果,其预定用途和生物利用度 ,如用来制造维生素原A产品的项目。该研究约需 三年,因为没有实地试验允许,只能依靠植物生 长实验室来制作实验材料。其次是对引入基因解 码后的蛋白质进行生产和等价分析。为此,蛋白 质必须从该植物中分离,具有一定的生化特性和 功能。进一步的研究包括证明不存在已知毒素和 过敏原,通过啮齿动物饲养试验记性胃退化研究 其热不稳定性,并进行急性毒性试验等。假定过 敏原和毒素的筛查是为了确保金稻米不含意外的 毒素或过敏原。

如果不是因为要求确切的事实依据,大部分人在 其生命过程中都有通过其他各种途径消耗这些引 入基因和基因产品的经历,这一切看起来似乎是 很合理的。有一次有人甚至提议分析随着水仙花 基因参与前体维生素A的合成,是否有水仙花毒素 纳入金稻米。这样的提议完全没有科学依据:被 转移的是一个确定的DNA片段,类似其他生物体的基 因,履行相同的功能,而这些和任何毒素或过敏 原都没有关系。这些研究在装备精良的生化实验 室里都至少需要两年时间。

这些项目相关的实验研究非常烦琐,还包括以下:

  • 分子鉴定和遗传稳定性:单一复制效应的数据; 相同基因座的标记基因;简单整合;孟德尔遗传,包括表 型的生化证据证明至少三代的稳定性;无潜在的基 因破坏;无未知构造; 无超规DNA转移; 无耐抗生素基因或起源复制;插入大小限制在最低 限度;插入位于排序好的侧翼区。
  • 表达谱:关键成长阶段的基因表达水平,种子 特性表达的证据。
  • 表型分析:田间实验,典型农艺学特征,同基 因品种产量的比较,有害或疾病状况必须和亲本 一致;
  • 成分分析:从六个地点两季所种植的三种复制品 获得关于近似性,微量营养素,非营养,毒性, 过敏原等相关数据,数据必须在改良和同基因植 物基础上获得;
  • 环境风险评估:该工作需要一个专门的工作组进 行4-5年的分析研究。

很明显,在公共领域没有任何科学机构或科学家有 足够的潜力,资金或动机进行这种冗长,昂贵的生 物安全试验。于是,一些私营部门的转基因工程并 没有通过该过程就直接或间接地放宽管制投入生产 ,这也不奇怪,但是仅仅限于高价值作物。人道主 义项目不属于这一类,即使他们将使数以百万计的 贫困人口受益。全球有许多善意的公共和私营部门 在研究绿色生物技术对促进穷人利益的潜能。然而 却没有一个现实的风险评估方法,公共研究的资金 将远远不够支持到研究成功。科技进步与产品的开 发脱离,广大民众也无法从科技进步中受益。

不恰当的过度防范

许多历史原因造就了现在的监管框架。20世纪70年代, 当时基因技术还刚起步,采用高度警惕的措施是可 以理解的。而且这也是当时和人类病源微生物打交 道的科学家基于科技可能导致不可预测的基因改变 的前提而建立的规则。经过20多年转基因植物实验的 经验积累,转基因植物已经在全球多个国家约6千万 公顷的土地种植,著名的机构也已经开展了成千上 万的生物安全实验,这些都说明了一个结论:该技 术对原来的植物和自然进化没有任何特定的危险。 然而,如果要终止或放宽这些管理框架,还是非常 困难的。

事实上,对转基因作物的管理越来越严格是违反常 规发展的。可是有些人认为我们必须这样做,以建 立消费者对技术的信任。然而,过去10年在欧洲和许 多发展中国家的战略经验已经表明,这种做法并没 有起到作用。原因之一是普罗大众认为政府管制非 常严格一定是因为技术存在内在的风险。

监管的指导方针假定运用基于客观实证科学基础之 上的风险评价系统可行。预防原则使得整个进程变 成一个主观的框架,在消费者的恐惧指导下,其评 估是基于假定的文化和道德价值观念。欧盟一直在 努力改变目前的监管框架,方法是通过把预防原则 嵌入到严格的卫生,安全以及环境管理规章和产品 技术标准中(超过国际标准),然后把这些法规和 标准通过国际条约,国际标准化机构和双边技术能 力建设发起机构出口到国外的供应链。这方面的例 子包括:最近根据联合国生物多样性公约里的卡塔 赫纳生物安全议定书,和被提议的欧盟REACH法规而颁 布的欧盟生物科技标记和可追溯法规的实施,欧盟 REACH法规被提议的目的是为全球化学品管理提供一个 范本。

理想化的办法是我们应该能够把管理过程从所有未 被验证的科学压制下解放出来,并建立起一套合理 的管理准则。这一举措需要机构和政府的参与,但 是目前这些机构和政府缺乏这样做的意愿或迫于压 力而不愿这样做,因为很多时候因为项目的商业性 质使他们不能插手这些领域。发展中国家在做关于 使用转基因技术的决策时,就面临了过度的压力。 被夹在难题的中间—一方面迫切需要应用这一技术 ,另一方面又担心受到可能的商业牵连。从本质上 说,欧盟向其他国家输出的高规则和标准化成本管 理,造成了事实上的贸易壁垒。

基因技术用于帮助解决在发展中国家的粮食安全问 题已经得到国际机构的认可,包括粮农组织和联合 国工业开发组织。但我们的进程却非常缓慢。最需 要基因技术的人们正因为为无法应用这一技术而付 出高昂的代价。该项基因技术对缓解饥饿和营养不 良的拥有巨大潜力,只有在基因监管规章制度基于 科学实证和适当的风险效益分析之上时,才能真正 实现。但是在此之前,该技术只能被限制为 “奢侈 项目” ,只给私营部门带来安全的经济回报,并且 主要分布在发达国家。

发展中世界中更多的国家不屈服于模糊的论点,在 铁一般的事实证明面前开始信服并采用这项技术。 一些积极的令人鼓舞的关于收成增加,使用农药减 少,杀虫剂的减少以及田间益虫的增加等报告都不 断地由南非和印度等国家传来。至于金稻米,最近 世界银行的报告介绍分析了其潜在的社会经济影响 ,其结果令人倍受鼓舞。

传统基因组的干扰

绿色基因技术可以支持和补充传统植物的育种方法 。有关遗传工程最常见的批评就是基因的插入可能 导致不可预测的基因组改变。传统植物育种时,农 艺学特性通过交叉而结合或排除,之后进行选择。 用做实验的物种都是从农作物中经过挑选的。品种 之间的不统一性开始都会由当地农民进行辨别和选 择。在传统育种的过程中,包含不少亲缘植物,许 多不可预测的基因突变,比如基因再结合,基因转 移,基因删除,倒置,横向转移等,都伴随着新的 栽培品种。 这些不可预测的基因改变在每次育种阶 段都会累计,并且每个新的传统育种品种都是这些 基因改变的结果。这个说法对所有的现代庄稼育种 都是成立的,包括那些在有机农场培育的品种。然 而,这些转基因的品种都没有进行过生物安全测试 ,人类食用后也没有什么危险,环境也没有受到它 们的影响。事实上,如果说不能食用基因改良的农 作物,那么人类都将无法生存了。

比较而言,金稻米的发明 — 就是刚好插入两种特定 的基因到包含 15000 个基因的基因组中,比起传统育种 更加精确。但是为什么这样的变体,尽管事实上修 改程度非常小且极度精确,却成为了受到极度严格 管制的对象?

责任承担

绿色生物科技具有防控和解决害虫害、提升净光合 速率和营养含量、赋予植物体提供耐热、耐寒以及 耐盐的合适机体的潜力。从表面看来,金稻米的益 处显而易见,但是该技术的反对者摆出一副人救世 主的态度。越来越多的人变聋变盲,这已经是事实 ,但是有哪一个反对者会对这个本来可以阻止的悲 剧承担责任?

英国纳菲尔德生物伦理委员会总结说:“欧盟现在 忽视开发和促进转基因作物在帮助发展中国家方面 的潜力,是有违道德的行为”,同时“我们相信欧 盟的管理者还没有充分注意到,欧盟规则对发展中 国家农业的影响。”

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Rice terraces