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现代生物技术在带给人类新的社会、经济效应的同时,也可能带来潜在的负面影响.一方面,由于生物技术的对象是生命,使其因在人、动物、植物和微生物之间进行人为的相互转移,目前人类对这种基因调整后的结果尚无十足的把握’,因而其负面影响可能会超越以往任何一种技术,可能危及生命或环境;另4方面则与人类自身的问题有关,社会存在敌对势力和犯罪分子,很难确保他们对生物技术成果进行正确合理的操作和运用,进而危害人类和社会安全.
一、生物技术对农业的影响 生物技术在农业上的应用主要有:细胞i程育种、胚胎技术繁殖、生物农药及畜禽疫苗、转基因动植物等.
(一)生物技术对农业的影响.
· 基因表达调控是个复杂的生命现象.目前,由于科技发展水平的限制,人类对基因的活动方式了解还不够透彻,当一种转基因农作物研制成功时,虽能确保转入基因的安全性,但其对其他基因的影响及长期累积的后果却很难在当时弄清.因此,人们还没有十足的把握控制基因重组后的结果.学者们提出生物技术最有可能在以下几个方面给人类和环境造成二些不良后果:
1.转基因农作物的毒性问题.转基因农作物主要是使用细菌和病毒作载体,通过启动基因和标记基因实现新物种的培育.在基因转移中使用最多的是反转录病毒和病毒‘,它们可能诱发癌症和其他疾病.启动基因是转录脱氧核糟核酸的引发基因,它可以使基因连续不断地表达(多达10d旧次).由于它具有很强的突破物种之间的屏障的能力,因此可能使抗病毒系统不起作用,并与其他病毒重新组合,产生传染性更强的病毒.
2.转基因生物带来的抗药:性和过敏性问题“研究表明,棉铃虫已对转基因抗虫棉产生抗性.转基因抗虫棉对第一、第二代棉铃虫有很好的毒杀作用,但第三代、第四代棉铃虫已对转基因棉产生抗性.专家警告,如果这种具有转基因抗性的害虫变成对转基因表达蛋白具有抗性的超级害虫,就需要喷洒更多的农药,将会对农田和自然生态环境造成更大的危害.
此外,转基因活生物体及其产品作为食品进入市场,可能对人体产生某些毒理作用和过敏反应.例如,美国S11ARMNK玉米嵌人了很强的BT毒素,这种玉米仅获准作为动物饲料.但2叨O年9月,发现这种玉米进入了人类的食物链,并产生过敏反应.最终,含有这种玉米的食物被大批处理掉,造成巨大损失.又如,转入的生长激素类基因可诱发对抗生家产生抑制力的病毒或细菌.人类食用转基因食品后,自身体内会产生对抗生素的抵抗力,降低抗生素类药物的效力.
3.转基因生物的环境生态问题.具有抗除草剂性能的转基因农作物可能会长期依赖化学制品,并可能使毗邻植物成为转基因作物,甚至使杂草对除草剂产生抗性而成为“超级杂草”,从而严重威胁其他作物的正常生长和生存.有实例证明,当油菜田里存在野芥菜或小麦田里存在联体羊草时·,便会发生上述情况,而且杂草一旦对除草剂产生抗性后,经过代代遗传,其新生代杂草将完全改变性质.美国纯种试验公司发现,他们培育的基因改良新草种,其花粉能飘到300米甚至900米以外.种植在距转基因西红柿地1.2公里外的传统西红柿,其后代约有35%—72%的概率含有转基因成分.·由此,造成严重的基因污染问题,破坏原有的自然生态平衡,导致物种灭绝和生物多样性的丧失.
(二)转基因农作物安全发展的情况.
人们对生物制品给人类造成的影响和危害只能进行某种程度的预期.我们应看到,转基因农作物的出现,首先是人类生产和生活质量提高的需要,它的负面影响只是发展中的问题.它对贫穷落后的发展中国家解决人口增长和食物不足的尖锐矛盾有重大意义.因此,不同的国家对转基因技术有不同的期待.有些国家可能关心利用其改善食品质量,有些国家也许关心提高农作物产量.现在,世界各国对转基因研究的态度分为两大阵营:
一是以美国为代表的群体,包括阿根廷、加拿大和澳大利亚等国,主要致力于加强转基因作物研究及其应用,也是世界上转基因作物应用最广泛及出口最多的国家;二是以欧盟、日本为代表的国家对转基因作物持审慎态度,同时这些国家也认识到转基因作物巨大的经济价值,因而并末因此放松研制开发.其实真正的利害冲突在于转基因作物引发的国际贸易战,后者拒绝的不是转基因作物本身,而是极力主张限制转基因作物的进口.
二、现代生物技术对医疗及社会的影响 现代生物技术在基因诊断治疗技术,如基因预测、基因预防、基因诊断、基因治疗、基因疫苗、定制药物,延缓衰老和“返老还童”技术、记忆药物、细胞及组织器官的修复及再生等医疗方面产生重大影响.而争论较多的是基因治疗、克隆人及胚胎干细胞问题.· , ,(一)基因治疗的风险.
基因治疗是指将外源基因导人受体细胞,并使之有效表达而达到治疗目的的技术.
1.目前基因治疗主要通过病毒载体格基因导人人体,表达出所需要的蛋白质,以控制人体特定细胞与器官的形成与运作.从技术过程来说,科学家还没有开发出有效的载体,保证能够把设计的基因在有效的基因表达时间段内传送到细胞中的预想位置,而且尚无法控制基因信息安装出错的情况.因此,目前对改变遗传基因技术的要求是,通过同源基因重组技术而不是添加外来基因的手段,以此来减少医原性危害并增强基因表达的正确性.
2.基因导人造成的遗传改变将决定个体遗传前途而且会跨代遗传.科学家认为,在涉及导人基因的人体实验时,必须强调其多代遗传稳定性b尚需经过印—80年,在获得具有多代遗传实验的数据后才能使用.
3.利用体细胞与胚细胞进行基因治疗,在添加外来基因时容易产生医原性基因损伤或某种基因紊乱.此外,在动物体内清除与某种疾病相关的基因的同时,也有可能清除了该基因给动物所带来的其他好处.
目前基因疗法尚处于研究阶段,曾有过基因治疗致死的先例,在以基因修饰的病毒作新基因的裁体取代原基因时,也出现因过敏致死的病例.
(二)克隆人及胚胎于细胞引发的问题.
于细胞是指存在于早期胚胎、脊髓、脐带、胎盘和部分成年人组织或器官中的尚未分化的细胞,它能够发育成多种人体组织和器官,这对于有效地用于受损组织与器官的替代、修复、移植或再生具有极好的前景,成为许多疑难病症的新型治疗方式.而利用胚胎于细胞克径胚胎,可以克隆出人.1四9年12月,美国《科学》杂志公布的当年世界科学进展的评定结果,干细胞研究名列十大科学进展首位,超过举世瞩目耗资巨大的人类基因组计划.
科学界又把对人体的克隆分为治疗性克隆和生殖性克隆.治疗性克隆主要是指利用克隆人的胚胎于细胞,通过动物培育出人体器官,供医学研究和临床治疗.这种用人自体的细胞进行器官克隆,既克服了异体器官移植会产生的排异反应,还解决了器官来源问题.目前,全世界有很多实验室在开展克隆人体器官的研究,正在实验室中培植的人体器官有心脏、肝脏、胰腺、乳房、皮肤、骨酪、角膜等.其中,由实验室培育的克隆胸骨、血管、皮肤和神经组织正在进入人体实验阶段.生殖性克隆指通过克隆而发育成长为完整的个人.就目前看,生殖性克隆和治疗性克隆都存在一定问题,引起了一系列伦理学和社会学问题.
这个是负面影响
生物技术的应用前景
1. 分子生物学将成为医学的带头学科,生物技术和生物医学工程将成为医学的主导技术,从而带动医学各个领域的发展,加速预防、诊断、治疗等技术的更新,使整个医学面貌发生根本改观。
(1)基础医学将普遍进入分子水平,从根本上阐明人体的结构与功能,阐明疾病与疗效的机制。形态学、生理学、病理学、药理学、遗传学、神经科学及内分泌学从器官、细胞到分子水平的发展,将使基础医学发生革命性的变化。
(2)预防医学将在分子生物学和生物技术引导下产生出多种高效安全的疫苗(人工合成多肽疫苗、基因重组疫苗、独特型疫苗等)以及新的预防药物。从长远看将根据基因图谱分析及其他先进方法预测疾病,并采取相应的防治措施。以上这些发展结合环境的保护和人群自我保健能力的提高,将为疾病的预防开创新纪元。
(3)临床医学将充分应用高科技成果,不断涌现新的诊断与治疗方法。
①诊断方面。超声、X、CT、MRI、PET、DSA等影像诊断;生物技术检验,敏感性与特异性大大提高;无创或低创的直视检查更为精确;计算机人工智能系统的综合诊断;基因诊断可作预测诊断及早期发现病人。
②治疗方面。药物及生物技术制品;内窥镜及各种介入治疗手段;显微外科成为外科常规手段;生物和非生物取代技术;人工智能技术用于治疗;基因治疗将取得重大突破。
2.医学将从原来的纯生物模式转变为生理—心理—社会—环境的模式,将从传统的“一个医生一个病人,开一个处方做一个手术”的纯治疗型模式转变为群体、保健、预防和主动参与的模式。随着这两个模式的转换,预测医学科学将出现以下新的动向:
(1)保护环境,控制人口,从根本上改善人类的生存条件,成为未来医学乃至社会发展的中心工作。环境与人口是互为制约,互为因果的。在达到人口增长基本得到控制的同时,还需要注意人口素质的改善与提高。随着老龄化社会的到来,必须加强老年医学研究及老年保健工作。
(2)加强全民健康教育,矫治不良生活方式及习惯,最大限度地提高人民群众的自我保健能力成为医学科学及医务工作者的一项十分重要的任务。医生在医院中等待病人上门的现象必须改革,因为医生面对的不仅仅是疾病,而是有心理反应的处在特定条件下的病人。这将对医生提出更高的要求。
(3)世界各国之间,一个国家各个地区之间,一个地区不同人群之间的差异已构成达到“人人享有卫生保健”的主要障碍之一。如何确保公平保健,缩小这种差距,是医学科学的主要目标之一,尤其应当重视脆弱人群(妇女、儿童、老人及残疾人)的卫生保健。充分利用有限的人力及财政资源,也是卫生经济学面临的重大课题。
伴随着生命科学的新突破,现代生物技术已经广泛地应用于工业、农牧业、医药、环保等众多领域,产生了巨大的经济和社会效益。 食品方面
首先,生物技术被用来提高生产效率,从而提高食品产量。
其次,生物技术可以提高食品质量。例如,以淀粉为原料采用固定化酶(或含酶菌体)生产高果糖浆来代替蔗糖,这是食糖工业的一场革命。
第三,生物技术还用于开拓食品种类。利用生物技术生产单细胞蛋白为解决蛋白质缺乏问题提供了一条可行之路。目前,全世界单细胞蛋白的产量已经超过3000万吨,质量也有了重大突破,从主要用作饲料发展到走上人们的餐桌。
材料方面
通过生物技术构建新型生物材料,是现代新材料发展的重要途径之一。
首先,生物技术使一些废弃的生物材料变废为宝。例如,利用生物技术可以从虾、蟹等甲壳类动物的甲壳中获取甲壳素。甲壳素是制造手术缝合线的极好材料,它柔软,可加速伤口愈合,还可被人体吸收而免于拆线。
其次,生物技术为大规模生产一些稀缺生物材料提供了可能。例如,蜘蛛丝是一种特殊的蛋白质,其强度大,可塑性高,可用于生产防弹背心、降落伞等用品。利用生物技术可以生产蛛丝蛋白,得到与蜘蛛丝媲美的纤维。
第三,利用生物技术可开发出新的材料类型。例如,一些微生物能产出可降解的生物塑料,避免了“白色污染”。
能源方面
生物技术一方面能提高不可再生能源的开采率,另一方面能开发更多可再生能源。
首先,生物技术提高了石油开采的效率。
其次,生物技术为新能源的利用开辟了道路。 现代生物技术越来越多地运用于农业中,使农业经济达到高产、高质、高效的目的。
农作物和花卉生产
生物技术应用于农作物和花卉生产的目标,主要是提高产量、改良品质和获得抗逆植物。
首先,生物技术既能提高作物产量,还能快速繁殖。
其次,生物技术既能改良作物品质,还能延缓植物的成熟,从而延长了植物食品的保藏期。
第三,生物技术在培育抗逆作物中发挥了重要作用。例如,用基因工程方法培育出的抗虫害作物,不需施用农药,既提高了种植的经济效益,又保护了我们的环境。我国的转基因抗虫棉品种,1999年已经推广200多万亩,创造了巨大的经济效益。
畜禽生产
利用生物技术以获得高产优质的畜禽产品和提高畜禽的抗病能力。
首先,生物技术不仅能加快畜禽的繁殖和生长速度,而且能改良畜禽的品质,提供优质的肉、奶、蛋产品。
其次,生物技术可以培育抗病的畜禽品种,减少饲养业的风险。如利用转基因的方法,培育抗病动物,可以大大减少牲畜瘟疫的发生,保证牲畜健康,也保证人类健康。
农业新领域
基因工程不仅提高了农牧产品的产量和质量。
利用转基因植物生产疫苗是目前的一个研究热点。科研人员希望能用食用植物表达疫苗,人们通过食用这些转基因植物就能达到接种疫苗的目的。目前已经在转基因烟草中表达出了乙型肝炎疫苗。
利用转基因动物生产药用蛋白同样是目前的研究热点。科学家已经培育出多种转基因动物,它们的乳腺能特异性地表达外源目的基因,因此从它们产的奶中能获得所需的蛋白质药物,由于这种转基因牛或羊吃的是草,挤出的奶中含有珍贵的药用蛋白,生产成本低,可以获得巨额的经济效益。 医药卫生领域是现代生物技术应用得最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。
疾病预防
利用疫苗对人体进行主动免疫是预防传染性疾病的最有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活体内的免疫系统,产生专门针对病原体的特异性抗体。
20世纪70年代以后,人们开始利用基因工程技术来生产疫苗。基因工程疫苗是将病原体的某种蛋白基因重组到细菌或真核细胞内,利用细菌或真核细胞来大量生产病原体的蛋白,把这种蛋白作为疫苗。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎的预防。我国生产的基因工程乙肝疫苗,主要采用酵母表达系统产生疫苗。
疾病诊断
生物技术的开发应用,提供了新的诊断技术,特别是单克隆抗体诊断试剂和DNA诊断技术的应用,使许多疾病特别是肿瘤、传染病在早期就能得到准确诊断。
图4-40是单克隆抗体的制备。单克隆抗体以它明显的优越性得到迅速的发展,全世界研制成功的单克隆抗体有上万种,主要用于临床诊断、治疗试剂、特异性杀伤肿瘤细胞等。有的单克隆抗体能与放射性同位素、毒素和化学药品联结在一起,用于癌症治疗,它准确地找到癌变部位,杀死癌细胞,有 “生物导弹”、“肿瘤克星”之称。
DNA诊断技术是利用重组DNA技术,直接从DNA水平作出人类遗传性疾病、肿瘤、传染性疾病等多种疾病的诊断。它具有专一性强、灵敏度高、操作简便等优点。
疾病治疗
生物技术在疾病治疗方面主要包括提供药物、基因治疗和器官移植等方面。
利用基因工程能大量生产一些来源稀少价格昂贵的药物,减轻患者的负担。这些珍贵药物包括生长抑素、胰岛素、干扰素等等。
基因治疗是一种应用基因工程技术和分子遗传学原理对人类疾病进行治疗的新疗法。
世界上第一例成功的基因治疗是对一位4岁的美国女孩进行的,她由于体内缺乏腺苷脱氨酶而完全丧失免疫功能,治疗前只能在无菌室生活,否则会由于感染而死亡。经治疗,这个女孩可进入普通小学上学。截至1997年6月,全世界已批准的临床基因治疗方案有218项,接受基因治疗和基因转移的患者总数已有2557名患者。
在2013年6月3日的"Cell"期刊上发表的罗伯特·温伯格等研究人员在乳腺癌侵袭性的研究取得了新成果:基因决定乳腺癌细胞命运。
1990年,人类基因组计划在美国正式启动,2003年4月14日,中美英日法德六国科学家宣布:人类基因组序列图绘制成功。人类基因组计划的完成,有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症的致病机理,将为基因治疗提供更多的理论依据。器官移植技术向异种移植方向发展,即利用现代生物技术,将人的基因转移到另一个物种上,再将此物种的器官取出来置入人体,代替人的生病的“零件”。另外,还可以利用克隆技术,制造出完全适合于人体的器官,来替代人体“病危”的器官。 污染监测
现代生物技术建立了一类新的快速准确监测与评价环境的有效方法,主要包括利用新的指示生物、利用核酸探针和利用生物传感器。
人们分别用细菌、原生动物、藻类、高等植物和鱼类等作为指示生物,监测它们对环境的反应,便能对环境质量作出评价。
核酸探针技术的出现也为环境监测和评价提供了一条有效途径。例如,用杆菌的核酸探针监测水环境中的大肠杆菌。
近年来,生物传感器在环境监测中的应用发展很快。生物传感器是以微生物、细胞、酶、抗体等具有生物活性的物质作为污染物的识别元件,具有成本低、易制作、使用方便、测定快速等优点。
污染治理
现代生物治理采用纯培养的微生物菌株来降解污染物。
例如科学家利用基因工程技术,将一种昆虫的耐DDT基因转移到细菌体内,培育一种专门“吃”DDT的细菌,大量培养,放到土壤中,土壤中的DDT就会被“吃”得一干二净。
再例如科学家研制出一种耐污力强的生物菌种RhP,放到污染的水中,可在不消耗水体氧气的情况下,迅速吸收消耗水体中的氮、磷、硫、碳等污染元素,减少水体的富营养成份,切断蓝藻生长的营养来源,达到治理蓝藻的目的。
开设院校:江苏科技大学、浙江万里学院(生物技术为国家特色专业)
比较优势
从政策扶持的角度看,《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中,“大力发展用于重大疾病防治的生物技术药物、新型疫苗和诊断试剂、化学药物、现代中药等创新药物大品种”的表述表明,现代中药是我国生物产业发展中不可或缺的部分。
从横向的比较研究角度来看,美日韩等发达国家的经验表明,大公司、大牛股往往诞生于能代表其国家竞争力的行业,如苹果、丰田、三星等。以此推测,如果中国能出世界级的企业的话,最有可能的还是在我国的比较优势领域。
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