您所处的位置:首页 > 新闻中心新闻中心

新型基因工程菌:“吃”完农药就“自杀”

2023-09-27 新闻中心

  7月28日上午,在舞钢市庙街乡刘沟村南的一片林坡上,果农何箩头正用自己配制的“植物农药”给石榴树“强身健体”。何箩头表示:“这些‘农药’是用大蒜、烟叶等多种植物熬制而成,对人畜没有一点害处。”

  1996年底,何箩头承包村里的一片荒山,种植了200多亩水蜜桃、石榴、大杏等果树。在用化学农药治虫过程中,他突然“异想天开”:人生病了可以用中草药治疗,那么给果树治虫能否用中草药呢?

  何箩头专程找到河南省舞钢市中医院一位老中医求教。在老中医的指导下,他用大蒜、洋葱、辣椒等10多种植物做试验,从中分离有效成分后,熬制或沤制成汁液,按不同比例配置成“杀虫剂”。

  何箩头的“植物农药”也引起当地有关部门的关注。前不久,舞钢市农业局和环保局的技术人员对何箩头的林果示范基地进行了检测,评定该基地为“绿色水果基地”。

  “要用水好好洗洗,上面有农药”。几乎每个孩子吃水果前都会听到这样的唠叨。农药残留,成为食品安全的一个重大隐患。

  有没有办法让残留在水果蔬菜里的农药消失?科学家们想出了一个办法:让细菌“吃”了他们。而这种“吃”农药的细菌就是基因工程菌,它被植入了能分解有毒物质的特定基因。

  然而,尽管基因工程菌的研究已经有些时日,却至今未大规模应用,一个重要原因是它在“吃”掉有毒物质时,很可能自身也会对环境产生影响。

  日前,中科院动物研究所的伍一军研究组研制出一种细菌,这种有自杀控制功能可降解农药的环境安全型基因工程菌,在完成降解任务后能够“自杀”,从而消除人们对基因工程菌本身可能会影响环境的担忧。

  资料显示,人类从20世纪40年代起开始使用农药除虫除草,每年挽回农业总产量15%左右的损失。但是,长期大量农药的使用,使环境中的有害于人体健康的物质大幅度提升,危害到生态和人类,形成农药污染。据报道,农药利用率一般为10%,约90%残留在环境中,造成对环境的污染。

  我国是农业大国,化学农药的使用量全球第一,据统计,我国每年农药使用面积达1.8亿公顷次,上世纪50年代以来使用的666达到400万吨、DDT50多万吨,受污染的农田1330万公顷。

  农药降解是指化学农药在环境中从复杂结构分解为简单结构,甚至会降低或失去毒性的作用。残留于土壤中的农药,以微生物的降解作用最重要,其降解速度取决于农药的种类、土壤水分含量、氧化还原状态及土壤微生物相等。

  有些农药虽然自身的毒性不大,但中间降解产物的毒性却很大。因此,农药对环境的危害,不仅要看农药本身的毒性,而且也要注意其降解产物的去向和毒性。

  如何降解或消除环境中的残留农药?由于天然微生物降解农药的效率较低且降解谱较窄,科学家们通过基因工程技术,研究出了能够降解化学农药的基因工程菌。

  狭义解释,基因工程菌就是转入外源基因的细菌。通常转入的外源基因在细菌中要能正确表达生成相应的产物,具有特定的生物学功能。例如,常见的大肠杆菌并不具有降解化学农药的功能,如果我们将有机磷水解酶基因通过基因重组方法转入此大肠杆菌,表达后产生有机磷水解酶即可降解有机磷,这个转入了有机磷水解酶的大肠杆菌即为基因工程菌。

  基因工程菌能否有效地解决农药残留问题,其降解过程中产生新的毒害物质该如何来处理,基因工程菌造成外源性基因外流怎么办?我国科学家研制成功的“有自杀控制功能可降解农药的环境安全型基因工程菌”,能否解决这样一些问题,专家一一给出了回答。

  基因工程菌研究已经很成熟,但出于对环境影响的担忧,具有生物活性的基因工程菌目前还主要是试验性和小范围应用。

  虽然还没有研究显示基因工程菌究竟会对人类产生什么有害影响,但已有证据说明转基因微生物释放到土壤中,可能会改变原有微生物系统的平衡。所以基因工程菌的应用限制范围被严控,稍微较大规模的应用也只是将被污染物集中到某个区域处理,而不是在原位降解。

  基因工程菌带有外源性基因,而这种基因在使用中是严格限制的,即使国家允许的转基因生物在种植的时候也是限制区域的,就为了防止外源性基因外流。

  大规模使用基因工程菌是很多科学家的努力方向,而在这过程中,环境监视测定即跟踪细菌的扩散范围就成为重要环节。我们研制出来的带荧光标记的基因工程菌就解决了这一难题,如果检测到常见的微生物里有特定的荧光标记,那么就肯定是基因工程菌,这样就能通过监测对基因工程菌的流向有所掌握,在使用中限制其扩散范围,而不是任其无限繁殖。

  由于基因工程菌可能会影响环境中的土著菌,或带来别的方面的问题,人们希望它在达成目标后“自杀”。

  狭义的自杀控制功能是专门针对基因工程菌而言的,就应该通过人为的方式控制它的死亡。这个似乎听起来好像不是自杀而是他杀。所以我们通过基因工程技术,转入可以诱导表达的致死基因,在一定条件下让基因工程菌自杀死亡。

  具体的说就是通过基因工程技术,将诱导自杀元件转入基因工程菌的细胞内,这一元件就是一个可控制的自杀系统,在一定条件下让细菌失去活性而死亡。

  而“一定条件”可以是温度、化学条件等外部条件。在我们的研究中,这一条件指的是细菌生存环境里的化学物质。通俗来讲,改变某块水域或者土壤里某种化学物质的含量,完成降解任务后的基因工程菌的诱导自杀元件感应到这种变化就会“自杀”。而这种被选用的物质肯定是毒性很低、没有污染的。

  基因工程菌“自杀”的最理想情况是,当它需降解的那种物质比如有机磷的浓度被降解到一定程度后,“自杀元件”能感应到这个浓度然后自杀,即其降解物有机磷本身就成为诱导其自杀的物质。

  但这非常困难。首先,很难找到刚好能感应到有机磷的“自杀元件”,另外,被降解到什么程度就“自杀”,这个度也很难把握。但这是很多科学家努力的目标。

  这一技术并不仅仅应用于农药降解的基因工程菌,理论上看可以用于任何需要控制其死亡的微生物。若研制出某种可降解塑料的基因工程菌,也可以安装一个诱导自杀元件,这样就能解决控制白色污染基因工程菌的环境安全问题。

  这一研究目前还主要停留在实验室水平,将来可能会针对某些被污染的土地或水体进行小规模试验,要达到实际应用水平尚需时日。

  目前,基因工程菌还未被大规模使用。正如转基因食品一样,即使基因工程菌的安全问题得到解决,人们也可能出于观念原因而在实际使用时非常谨慎。

  一是有机磷农药。这类农药毒性较大,主要是神经毒性,会引起神经功能紊乱、震颤、精神错乱、语言失常、昏迷等症状。

  二是拟除虫菊酯类农药。对人的毒性相对较低,但有蓄积性,中毒表现症状为神经系统症状和皮肤刺激症状。

  三是666、DDT等有机氯农药。这类农药在环境中不易降解,大多被禁用或限用。有机氯农药随食物等途径进入人体后,主要蓄积于脂肪组织中,其次为肝、肾、脾、脑中,血液中最低。有机氯农药还发现于人乳中。母体中的有机氯农药不仅可以从乳汁中排出,而且能够最终靠胎盘进入胎儿体内,引起下一代发生病变。

  目前国际食品法典对176中农药在375中食品中规定了2439条农药残留限量标准,与我国自定的标准与此相比,差距悬殊。以有机氯农药残留标准为例:我国现行标准是70年代为解决当时的高残留水平而制定的,这样一来,我国居民自膳食中摄入666、DDT的ADI值日允许摄入量,虽符合我国食品卫生标准,但远高于世界发达国家水平。666摄入量我国是美国的84倍,日本的15倍;DDT摄入量我国是澳大利亚的16倍,美国、日本的24倍。