关于何时和如何在农业中使用遗传工程生物这一问题,生态学家和分子生物学家还没有达成一致的意见
1985年6月10日至13日在美国费城召开的一次题为“工程生物和环境科学讨论会”上,分子生物学家和生态学家各抒己见,解开了两大学科之间的隔阂,并部分地缓和了相互之间存在的分歧。会议的宗旨是想促进两个学科之间的互相交流,并共同商榷那些在广泛应用遗传工程生物以前必须制定的预防性措施。
从某种程度上讲,这次会议是成功的。美国伯克莱加州大学生态学家罗伯特 · 科尔威尔(Robert Col-well)在会议总结发言中这样说:“就我个人的体会,我们中的大多数通过这次会议至少迈出了可喜的第一步——即从以往的绝对分歧到今天在某些问题上的意见不一致。是否我们在今后能证明有些、许多甚至大多数遗传工程生物是安全的呢?是否有些、许多或者大多数遗传工程实验应该免去现行的许多审查手续呢?这一次,我没有听到像以往那么多的‘都应该’和‘全部不应该’的回答,连我自己也由于在这次会议上学到了不少东西而改变了我过去的某些看法。”
但是,不管科尔威尔先生的结论如何,这次会议只能说是部分缓和了两大学科之间的分歧。大家仍清楚地看到,至少在农业方面,至今还不可能制订出一套使双方都能满意的、关于如何应用工程生物的具体条约。
简单地说,许多生态学家认为:大部分分子生物学家对他们将要使用自己生产的工程生物“侵入”的生态系了解太少,他们没有领悟到由此可能带来的破坏性后果。康乃尔大学的生态学家台维特 · 普里门塔尔(David Primental)说:“我看许多分子生物学家显得有些过分逞能”。
另一方面,分子生物学家又觉得有些生态学家是小题大做。例如,位于巴尔的摩的卡内基胚胎学研究所的尼那 · 费多罗夫(Nina Fedoroff)就提到:“重组DNA和重组DNA产生的工程生物的危险性至今还只是假说性的,然而对于这种无限制繁殖系统的恐惧却一而再、再而三地被人为地激起。”
会议讨论的焦点是四个已被正式提出的遗传工程实验。其中三个是有关农业方面的。与会者一致认为,这些农业试验中有害可能性最小的是一个用工程细菌使植物产生抗冻霜机能的提案。这个提案之所以引起极大关注是因为这个由伯克莱加州大学史蒂文 · 林道(Steven Lindow)主持的实验由于一位活动分子杰里米 · 里夫金(Jeremy Rifkin)的法律起诉而被迫暂停了。
有一种假单胞菌能在植物叶子上生长并产生一种能够引发冰晶体形成的蛋白。在实验室里,林道研究小组分离到一株突变菌种,它不再产生这种“冰晶”蛋白。他们设想把这种突变菌洒在马铃薯作物上,使它能抵抗冰霜。原理是这种突变菌可以在植物叶子上形成密集的菌落,以至使那种产“冰晶”的正常细菌无“落脚之地”。
研究人员已在温室内做了大量的试验,并证明这一设想原则上能起作用。他们已在五十多种植物上试验过,看来这一突变菌没有致病副作用。然而,他们的实验没有受到生态学家的严厉指责的主要原因是因为这一突变菌从某种意义上说还是一个自然产物。至少从它们在自然界中存在的有限数量来讲,还不至于对人类产生危害作用。
另一个使与会者更为关切的实验是由圣路易斯蒙桑托公司的利迪阿 · 沃特鲁德(Lidia Watrud)提出的。实验的目的是想通过遗传工程生产能杀虫的细菌。研究人员把苏云金芽胞杆菌Kurstake变种的一种内毒素基因转移到一种能在植物(如玉米等)根部生长的假单胞菌中,当害虫食入这种细菌后,细菌产生的内毒素就会释放在虫子的肠内并得到活化,继而杀死害虫。这种毒素能够杀死的害虫主要是鳞翅目的昆虫,包括侵害马铃薯、卷心菜、大豆等的害虫。
沃特鲁德说,产内毒素的苏云金芽胞杆菌在农业中的应用是很普遍的。市场上有供应的这种细菌,在世界范围内使用已有二十年的历史。从实验结果中,农业科学家得出结论认为这种细菌对益虫(如蜜蜂)是无害的。
但是,到会的行家们仍然希望蒙桑托公司能证明这种工程菌对益虫也是无害的,并保证这种毒素不会在环境中长期存在。早在1984年12月底,蒙桑托公司就已向美国环境保护署递交了他们想在田间试验这一工程菌的申请。但这一提案至今仍在审议之中。
在大会上讨论的第三个提案是由位于加利福尼亚州戴维斯的卡尔杰公司罗伯特 · 戈德曼(Robert Goodman)研究小组提出的实验,课题涉及的是应用遗传工程生产抵抗一种新型除草剂的植物。戈德曼介绍说:“原则上这一实验已获成功,我们首先在烟草中做了试验,现正在其它各种植物中继续我们的实验,其中有番茄、油菜、大豆、玉米和白杨树。我们的宗旨是使这些植物免受除草剂的伤害。”1985年6月1日,卡尔杰公司已向美国农业部递交了申请,请求允许他们在田间试验他们生产的遗传工程烟草。
尽管戈德曼提到还有许多实验室和田间工作要做,例如要研究这种抗性基因是否有可能通过植物质粒也转到杂草中去,但与会的生态学家总的说来对此提议无太大反感。
会议讨论的唯一不涉及农业的课题是关于生产遗传工程疫苗的设想。这个实验是由美国国家过敏和感染病研究院的伯纳德 · 莫斯(Bernard Moss)提出的。他们想用遗传工程来改变以往用于预防天花的牛痘病毒。此研究小组已把许多病毒的基因插入到这个病毒中去,包括疱疹>流感、乙型肝炎及感染牛的水泡性口炎病毒。用牛痘病毒作载体的疫苗具有以下几个优点:成本低(每次用量只需几个美分);贮藏方便,不用冷冻;机体免疫系统对划破皮肤种牛痘的反应要比注射的疫苗更为有效。
莫斯提了很多理由说明牛痘病毒疫苗对环境是安全的。其中之一认为,尽管使用预防天花的牛痘病毒已有200多年的历史,但这种疫苗病毒并没有在自然环境中大量地自身繁殖。而莫斯他们生产的遗传工程病毒比原来的病毒毒性更小,因为他们把外源的疫苗基因插入在牛痘病毒的胸腺嘧啶激酶基因中,所产生的新病毒生命力很弱。
有关在农业中应用遗传工程生物的条约仍在研究之中,参加这次会议的许多科学家来自美国环境保护署和美国农业部,这些“科学官员们”正在寻找如何制定这一前所未有的条约的途径。美国已有大量关于使用有毒化学产品的管理条约,生态学家们也有许多关于生物防治的丰富经验,但关于使用遗传工程生物的管理条约看来确是一个新纪元的开始。
那些主张不应制定太严格条约的人认为,遗传工程并非新生事物,其实在生物体内部就存在着基因交换。“在细菌和高等生物中,我们就可看到许多自发进行的遗传工程”。戈德曼说道:“我很难想象出实验室中的遗传工程和自然界中的基因交换有何差别,唯一的不同是细菌进行基因交换的方法要比我们人类进行遗传工程高明得多。”到会的分子生物学家强烈要求决策机构认真对待这种自然界中的遗传工程,认真总结由美国健康研究院(NIH)制定的重组DNA实验管理条约*的执行经验。现在执行的条约,要比当时制定时松了许多,因为大部分研究者都已确信,在实验室进行遗传工程实验是比较安全的。NIH重组DNA顾问委员会(RAG)成员苏珊 · 戈特斯曼(Susan Gottesman)提议:“请允许我提一个请求,我请大家不要在做任何试验以前,就把所有可能的问题都提出来。生态学家可以从分子生物学家的经历中学到一些东西。现在我们RAG成员的大部分时间就是用来重做我们以前在没有太_分析的情况下就做完的事情。”
但是,生态'学家指出,小心谨慎是分子生物学家的责任。密执安大学的詹姆斯 · 泰特(James Tiede)说:“我已经仔细研究过许多基因工程方案,得出的结论是有些方案具有很大的潜在危害性。作为一个生态学家,我觉得自己有责任提醒大家注意这一点。”印第安那大学的克雷格 · 纳尔逊(Craig Nelson)谈到,DNA重组现象在自然界确实存在,但把自然界偶尔发生的基因交换与我们在实验室精心设计制造的大量新的工程菌混为一谈,我认为会把人引入歧途。工程菌能在大自然中生存,证明它们已越过了阻碍许多新物种形成的障碍。然后,我们的科学家又以适当的方法,在适当的时间把这些工程菌释放到自然中去,使它们能胜过自然界中的竞争者而抢先占有大量食物。
生态学家不但能预测一个新物种引入自然界后可能产生的后果,而且也学会了如何期待惊奇的出现。康乃尔大学的马丁 · 亚历山大(Martin Alexander)说:“就我个人而言,使我感到吃惊的并不是我们已经知道的,而恰恰是我们所不知道的。我真的感到惊奇,当我们对某一事物还不很了解的时候,就已经有人那么胸有成竹!”
普赖曼托(Primental)则认为,我们只有通过具体实验方案具体分析对待的方法,才能取得实质性进展。他提议,在应用一种新的工程生物前,我们应该了解这种生物会影响其它哪些已经存在的生物;新的工程生物中的基因转移到其它生物中去的几率有多大;带有重组基因的工程生物在环境中的传播方式以及其与其它生物在生态系中的相互作用。举例来说,如一种新的工程生物是洒在植物的花上的话,那么它就有可能被蜜蜂带到很远的地方。“我知道没有百分之百的安全可言,但我想我们是能够设计出把这种危险性降低到最低程度的实验的。”
生态学家强调,他们可以向分子生物学家提供一些有益的东西。如科尔威尔说的:“生态学家可以对遗传工程作出更多的贡献,在遗传工程的高效性和我们为之担心的安全性之间的重要平衡,我认为只有在确保高效性的前提下,才算得上是一种挑战。我觉得,在如何设计更有效的工程生物方面,生态学家可以大显身手。如果说遗传工程是现代科技中一把锋利的刀,那么生态学也许就是那必不可少的磨刀石!”
[Science,229卷]
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* 该条约是1075年2月24日—27日在由美国科学院发起召开的一次“国际重组DNA分子会议”上制定的。会议在美国南加州著名海滨小城爱西罗马进行,由著名的分子生物学家保罗·柏格(Paul Berg)主持,为遗传工程史上一次重大的历史事件。现习惯上称此为爱西罗马会议。——译者注