2. 现代生物科技研究与开发的热点问题及其对未来社会生活的影响
2.1转基因植物与生物安全
运用重组DNA技术将外源基因整合于受体植物基因组、改变其遗传组成后产生的植物极其后代叫转基因植物。转基因植物通常至少含有一种非近源物种或种的遗传基因，比如其他植物种、细菌、动物甚至人类的基因。转基因植物具有明显的经济效益和社会效益，如2000年我国转基因抗虫棉花（将苏云金杆菌杀虫蛋白基因转移到棉花）种植面积超过550万亩，仅从每亩减少60元的农药开支来计算，可为农民创造3.3亿元的经济效益，目前我国转基因抗虫棉花的种植面积占到总种植面积的50%，约3500万亩。在转基因植物中整合有外源基因，是人工创造的自然界不存在的植物，释放到环境中必然有潜在的风险（见表5），最典型的例子有“超级杂草事件”，“斑蝶事件”和“转Bt棉事件”等。我们应该趋利避害，仔细研究和了解潜在威胁，并进行以有效的控制。目前我国对转基因抗虫棉花所作的安全性评估研究表明，转基因抗虫棉向环境中释放是安全的。
无论转基因安全问题是否存在，转基因作物的价值还是得到了各国的重视，种植面积在争论中继续扩大，据统计，全球转基因作物连续7年以2位数增长，达到15%，总种植面积6770万公顷，2004年总种植面积8100万公顷。近几年，转基因作物的研究又取得新的突破；如2004年5月英国科学家将负责制造不饱和脂肪酸的三个基因转入水芹，培育出富含多不饱和脂肪酸的“超级保健”水芹；2005年美国科学家培育出可以生产乙肝疫苗的转基因土豆，33人直接食用后，有19人体内产生了更多的抗体，其中1人的抗体水平还上升了56倍；2005年墨西哥科学家获得新型口服疫苗的转基因香蕉和番茄；2005年英美科学家获得了富含维生素A前体的改良水稻。看来，转基因作物的前景超出了人们的想象。难怪2005年6月29日，世界卫生组织（WHO）在《现代食品生物技术、人类健康和发展》的报告中认为转基因生物能够提高农作物的产量、食品质量以及一个特定地区生长的生物多样性。这有助于人们促进健康和营养、获得更多的经济效益，从而有助于人们提高健康和生活标准，同时也指出应对转基因食物进行长期监测，以及早发现其不利影响。
表5 转基因植物释放到环境后潜在的风险
2.2后人类基因组时代与人类健康
人类基因组计划是人类历史上第一次由世界各国科学家共同参与、一起执行的项目。第一次解读了人类的全部遗传信息；阐明了人类基因组所有基因的结构与功能，奠定了揭开生命奥秘的基础，人类基因组计划开始了以DNA序列为基础的、以生物信息学为导向的新纪元。基因预测、基因预防、基因诊断、基因治疗等的应用将使整个医学改观。
后人类基因组研究包括的内容：结构和功能基因组学，蛋白组学，RNA组学，肿瘤基因组学；药物基因组学等。其核心内容包括：基因组多样性、遗传疾病产生的原因、基因表达调控的协调作用以及蛋白质产物的功能等。
2004年，基因组图谱破译成果不断，对分子水平上研究人类健康问题及生物机能意义非凡。科学家发表的人类基因组草图精确版涵盖99%人类染色体组的图谱，明确了人类基因实际数目为2-.2.5万，继第20、21、7、14和Y染色体之后，英美科学家分别破译出人类13和19号染色体的遗传密码。第13号染色体含有663个基因，其中包含与乳腺癌、眼病和精神分裂症相关的基因。美国科学家发现人类1/3基因由微小RNA调控，RNA能通过阻断蛋白质合成的方式调控基因表达。2005年，英国科学家完成人类X染色体测序工作，并对人类X染色体的起源做了解释，从草图上看，人类X染色体上有许多片段与鸟类常染色体片段一致，从而证明了X染色体的“非性”起源，早在1967年有科学家指出，X与Y这两个染色体是从生活在3亿年前的早期哺乳动物的一对常染色体进化而来的，这似乎解决了人们关于“先有鸡还是先有蛋”的疑问。
美国策划进行为期9年、预计耗资13.5亿美元的人类癌症基因工程计划。我国科学家在2004年5月开始实施以人类遗传与健康为主题的“炎黄计划”，以中药现代化为主题的“神农计划”，以植物、微生物基因组研究在强国健民上的应用为主题的“轩辕计划”等三大基因组研究计划，从而使中国基因组研究再攀新高峰。
2.3生物芯片与生物计算机
生物芯片（biochip）是指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等等生物样品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体）的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交，通过特定的仪器对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。根据芯片上的固定的探针不同，生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片。
生物芯片技术是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术。应用领域有如下几个方面①基因表达水平的检测，用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速地检测出成千上万基因的表达情况。②基因诊断，分别从正常人和病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。通过比较、分析得出病变的DNA信息。如2004年底，美国FDA批准了Affymetix公司生产的体外诊断芯片仪器系统用于临床，2005年日本研制出30分钟诊断癌症的芯片。③药物筛选，利用基因芯片分析用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异，生物芯片技术使得药物筛选，靶基因鉴别和新药测试的速度大大提高，成本大大降低。④个体化医疗，利用基因芯片技术对患者先进行诊断，再开处方，就可对病人实施个体优化治疗。⑤测序，基因芯片利用固定探针与样品进行分子杂交产生的杂交图谱而排列出待测样品的序列，这种测定方法快速而具有十分诱人的前景。
众所周知，现代半导体大规模集成电路的体积已经小到了1微米，很难再缩小了，人们开始研究用有机物分子（如蛋白质有开关特性或DNA分子贮藏遗传信息的特性）取代半导体的可能性。生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机，生物电脑元件的密度比大脑神经元的密度高100万倍，传递信息的速度也比人脑思维的速度快100万倍。生物芯片传递信息时阻抗小，耗能低，且具有生物的特点，具有组织自我修复的功能。它可以与人体及人脑结合起来，听从人脑指挥。将来，生物计算机可能会进入更为复杂的与数字电子计算机协同运作的模式，承担一部分它们能更有效处理的工作。重要的是，生物计算机还有可能为数字电子计算机附加一些生物功能。
2.4生物质可再生能源
目前地球上储存的三大主要化学燃料是煤、天然气和石油，以现有技术，按近几年的用量持续消耗，它们的使用年限分别小于1000年、35年和16年。现代工业生产几乎全部依赖有限的化石能源，所消耗的化石燃料中大约93%是为了产生能量，剩余的7%用于溶剂、塑料及大量的化学药品生产。化石燃料的过度消耗迫使人们寻找替代能源，全球植物的光合作用每年可以固定2×1011t碳，其中含能2×1021J，这是每年全球能源消耗量的10倍，我们消耗的食物能量的200倍。生物质能研发的热点是生物质液体燃料，利用木质纤维素制取燃料乙醇具有良好的经济性和再生性。据美国科学家估计，如果美国农林废弃物都利用起来的话，可替代美国国内40%的汽油。美国能源部2002年制定的生物质技术发展路线图中，主要目标之一是由木质纤维素制取乙醇燃料。项目成功的关键在于利用基因工程的手段构建可以高效水解纤维素、乙醇产量又很高的工程菌，可见生物能源和生物技术的利用可以改变世界能源的格局。
2007年1月19日
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