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转基因动物是指基因组中整合有外源基因的动物.每个生物个体都有一套自己的基因组,不是自己的那就是外源了.那么,外源基因是怎么整合到动物体内的呢？
显微注射是很常用的一个方法,操作者利用极细的玻璃微量注射针,将外源基因片段直接注射到受精卵、原核期胚胎或培养的细胞中,通过基因重组等过程使外源基因嵌入到宿主的染色体内.除此之外,精子载体法、逆转录病毒介导法和转基因克隆技术也是会用到的方法.
许多人谈“转”色变,认为“外来”的就是危险的.其实,转基因并不可怕,科学家并不是随意给动物引入外源基因,而是赋予其特定的用途,使其造福人类.比如,转基因动物在生物领域可以用来研究基因功能；在医疗领域可为研究疾病的发病机理、治疗途径及药物鉴定提供理想模型,也可以借此获得异体移植器官、生产珍贵药用蛋白等；在育种领域可按照人类的意愿改良动物的遗传品质,还可改良家畜生长特性,提高饲料利用率和产量.因此,转基因动物有着广泛的应用前景,转基因动物研究蕴含着巨大的价值.
转基因动物研究模型
今年3 月, 中国科学家李晓江、赖良学等在《细胞》杂志上发表了建立亨廷顿舞蹈病基因敲入猪模型的论文,该模型为世界首例.顾名思义,亨廷顿舞蹈病（HD）的症状表现为肢体的舞蹈样动作.1872 年, 英国外科医生乔治·亨廷顿首次描述了该病的临床及遗传特点.这是一种迟发性神经退行性遗传病,具有年龄依赖性和选择性神经元变性的特征, 发病年龄一般为30 ～ 50 岁, 发病后15 ～ 20 年死亡.该病主要侵害基底节和大脑皮质,具有高度的区域选择性.基底节运动通路受损引发运动过度；大脑皮层受损导致患者认知功能障碍,晚期HD 患者多现痴呆.
不少神经性遗传疾病在高等动物间有着相似的神经病理学机制,也凸显了用更接近人类的大型哺乳动物作为疾病研究模型的必要性.在猪研究模型出现之前,科学家已成功研制出该疾病的小鼠模型并广泛应用于对HD 的研究之中.但后来的研究发现,HD 小鼠模型的病理表现明显不同于人类,毕竟啮齿类动物还是和大体型哺乳动物有着很大的差别.
与小型哺乳动物相比,猪在遗传、解剖和生理上更接近人类.此外, 在考虑研制大型人类疾病动物模型效率方面,猪繁殖快、产仔数多,这些也比非人灵长类动物要更有优势.通过HD 猪模型,科学家首次证明了HD 患者的症状可在大型哺乳动物模型中重现,为深入研究该疾病的发病机制、探索有效治疗方法打下了很好的基础.因此,转基因“二师兄”可以为医疗事业做出很大的贡献呢！
食用转基因动物
美国食品药品监督管理局（FDA）2015 年11 月批准了转基因三文鱼上市销售,加拿大相关监管部门也于2016 年5月做了相同的决定.
三文鱼学名鲑鱼, 市场上常见的是大西洋三文鱼,口感佳且有营养价值, 很受人们喜爱.但是, 无论是野生还是人工养殖的三文鱼都生长得很慢, 到了冬天更是停止生长, 至少要3 年以上才能达到上市标准, 这就会带来高、野生群体数量急剧下降等连锁问题.此前引起广泛争议的用虹鳟在餐桌上代替三文鱼, 归根结底也还是因为野生群体供不应求且太高导致的.转基因三文鱼的研发初衷正是为了解决生长慢这个难题.那么转基因三文鱼究竟转了什么基因,来源于什么动物呢？
一共有两个基因被转入了大西洋三文鱼中,一种是太平洋奇努克三文鱼的生长激素基因,另一种是大洋鳕鱼的抗冻蛋白基因.太平洋奇努克三文鱼和大西洋三文鱼同属鲑科, 体型是三文鱼中最大的.大洋鳕鱼是绵鳚科的一种,血液中含有抗冻蛋白,可以在冰封的寒带海域生存.转入了这两种基因后,即便在寒冷情况下,转基因三文鱼也能快速生长,只要18 个月就能长大,而且个头也比同类非转基因三文鱼要大,饲料也更节省,因而可以更好地满足人们的消费需求.
即使转基因三文鱼有这么多优点,但人们还是感到很担心,主要集中在食品安全和生态安全方面.其实大可不必担心,因为这两个外源基因的来源—太平洋奇努克三文鱼和鳕鱼本来就是人们餐桌上常见的食物, 食用多年并无问题.至于三文鱼中转入了另一种鱼的生长激素,人们吃了会不会引起激素紊乱呢？这也不会的.因为生长激素是要通过皮射进入体内才能起到作用,直接口服会被胃肠道吸收分解成氨基酸吸收,失去效果.除了食用安全性,很多环保界人士担心这些“大家伙”会影响生态平衡,毕竟它们要比野生的大西洋三文鱼体型大、生长周期短,具有绝对优势.研究者们也早就考虑到了这个问题,目前转基因三文鱼都在封闭的海岛上养殖,鱼苗和育肥期的鱼分别在不同的养殖场.
由于鱼苗只能在淡水中存活,一旦它逃出了养殖场营造的淡水环境,周围都是海水,根本无法存活；而育肥场周边环境温度较高,对于惯于在冷水中生存的三文鱼来说,一旦逃出也不能生存.科学家的另一项防护措施是控制转基因三文鱼为雌性,同时通过水产养殖中常用的多倍体繁育技术,利用热休克让鱼卵都为三倍体,这样万一有鱼外逃,也无法影响其他鱼类.正是由于科学家对于转基因安全问题的缜密考虑,有效解决了人们所担心的问题,转基因三文鱼才通过了FDA 的批准.作为第一个被批准的转基因食用动物,转基因三文鱼的整个研制和审查过程经过了25 年.从这个例子我们可以看到,研发者和审批者从外源基因的选择到解决生态安全隐患方面都进行了谨慎的考量.
转基因动物制药
目前,科学家们已经成功建立了小鼠、兔、猪、山羊、绵羊、奶牛等多种转基因动物的生物反应器.有数百种蛋白在小鼠乳腺中获得高表达,多种重要医用蛋白已在大动物乳汁中被生产出来,如美、英等国从转基因山羊获得的抗凝血酶Ⅲ； 从转基因绵羊得到的α-1- 抗胰蛋白酶、人凝血因子Ⅳ； 从转基因牛获得的α乳白蛋白、乳铁蛋白等.生物反应器降低了医用蛋白的生产成本,挽救了很多人的生命.目前,全球已有十多家公司在开展动物乳腺生物反应器的产业化开发.
2006 年, 美国GTC 公司利用转基因山羊生产的重组人抗凝血酶Ⅲ 药物在欧洲批准上市, 成为世界首例成功上市的以转基因手段生产的药物, 开启了转基因动物制药的新纪元.抗凝血酶Ⅲ在人体中主要由肝脏合成,存在于血浆中, 是凝血酶的抑制剂, 维持抗凝血平衡.
患上抗凝血酶缺乏症的人,是静脉血栓栓塞的高危人群.有调查显示, 约85% 的抗凝血酶缺乏症患者,50 岁之前至少发生一次血栓性疾病,也有相当一部分人患上血友病.抗凝血酶缺乏症的患者治疗时多要使用抗凝血酶浓缩剂, 通常利用正常的人血浆制备, 这需要成千上万的志愿者献血, 同时还可能出现病原微生物感染.从人血液中提取的抗凝血酶既供不应求,又有安全隐患的问题,因此转基因山羊生产的重组人抗凝血酶Ⅲ就应运而生了.科学家将人抗凝血酶Ⅲ 与山羊乳腺特异表达的基因进行整合, 然后利用前面我们提到的显微注射的方法将其转入山羊的受精卵中.整合有人抗凝血酶Ⅲ基因的受精卵,由母羊孕育出生, 待长成成年个体, 其分泌的乳汁中就含有重组人抗凝血酶Ⅲ了, 后续再经过多重加工工艺就能生产成药物了.值得注意的是, 这些山羊都是经过严格体检并通过美国农业部健康认证的.
转基因动物其他应用
除了前面介绍的能为疾病做研究模型的转基因猪、可食用的转基因三文鱼、可以生产药物的转基因山羊等,转基因动物在病毒研究方面也有应用.例如,科学家把人麻疹病毒受体基因CD46 转入小鼠中,表达CD46 基因的细胞可支持麻疹病毒的复制,激活淋巴细胞,是一个很好的疾病研究模型,这些都是普通小鼠不能做到的.
长期以来, 转基因安全问题一直是人们关注的热点问题.应该说对这一问题理性的关注, 推动了转基因产品安全性的提高, 对这一新兴技术的实用化起到很有益的作用.但也应看到, 有些人对转基因的态度是非理性的, 尤其是对转基因技术和产品未做深入了解, 仅凭主观判断就持否定态度, 这一认识状况对转基因技术的合理利用形成了很大障碍.谈“ 转” 先别怕, 只要对转基因安全问题持科学严谨的态度, 在技术手段上采取必要的防范措施, 转基因技术和产品是可以造福人类的.
【责任编辑】庞 云
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参考文献：
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