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基改食品究竟安全嗎?

Gene Ng_96
・2014/06/25 ・7176字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

衛生福利部食品藥物管理署在《聯合報》等發佈廣告〈基改食品致癌?證據不足!〉後, 主婦聯盟環境保護基金會也發明了〈 「假科學之名行廣告之實」-本會針對食藥署0618廣告之聲明〉回應。

雖然我個性內向害羞不好爭論,不過想想這也算是我的專業領域之一,我的研究主題之一是演化基因體學,還是來談談小弟對這個議題的淺見。不過,誠如我過去一 直秉持的立場,我一定還是要兩邊都不討好。如果想從這裡找到支持不支持基改食品和作物明確的好壞優劣,我擔心您會失望了。只是我和衛福部、食藥署及主婦聯盟沒有直接關係就是了,算是盡量客觀中立了吧。

首先,我認為支持不支持基改作物,其實說穿了,也只是一個風險的概念,因為基改作物本身並無所謂絕對的好壞,高收益可能伴隨著高風險,高風險也可能有高獲益。如果只要有壞處就捨棄,容我很不客氣地建議,我們乾脆把全世界的作物,無論有沒有基因改造,全都燒光光,讓大部分人類餓死,剩下的回到田野過狩獵採集的生活。不過這麼做很顯然是弊大於利的蠢事!

我們人類在非洲草原長達幾百萬人演化出來的腦袋,是為了趨吉避兇和繁衍後代用的,要用它來理性地判斷風險,是不容易但還是可以做得的。我們害怕一些事物, 不是因為它有多糟糕和恐怖,有時候僅是因為不熟悉而已。如果說基因作物能有多壞,那麼比基因作物更壞的東西是否也要消滅?

如果如此,我建議立法把「糖」比照菸酒類作管制。我這麼說已經算標準很寬鬆了,因為抽菸,不管一手還是二手,都有高度致癌風險,基改作物根本無法超越吧? 擁有和吸食菸草違法了嗎?那糖呢?不管是蔗糖還是高果糖糖漿,都是加工食品和居家必備的,可是我們人類無法直接把果糖作為燃料(蔗糖是一分子的果糖加一份子的葡萄糖聚合而成的雙糖),簡單來說,大部分吸收的果糖是在肝臟代謝成脂肪的前驅物,這也是現代人脂肪肝和肥胖盛行的元兇之一, 詳情可參閱美國加州大學舊金山分校教授羅伯.魯斯提(Robert H. Lustig)的《雜食者的詛咒:當一卡路里不是一卡路里,食品工業的黑心糖果屋》Fat Chance : Beating the Odds Against Sugar, Processed Food, Obesity, and Disease)。

「糖」對人類健康的戕害,威力恐不下於基改作物,可是沒幾個正常人會想提案把「糖」比照「菸酒」來管制吧?我們不怕「糖」卻擔心基因作物,不是因為基因作 物已經造成了大規模的健康問題,如果是的話,請立法管制「糖」的攝取吧,而是因為我們早就對「糖」熟悉得再不能熟悉了,「糖」已經成為我們日常生活常用的食材,我們不會害怕「糖」,不是因為它對我們的健康無害,而是因為我們太習慣了使用「糖」。

基改食品致癌的證據確實是不足的。基改作物或許有其他壞處,基改作物可能會造成一些生態問題 [1-28],影響一些野生植物和昆蟲的生態,可是對人類的害處,始終沒有直接證據 [29-35]。美國超市粗估有高達七八成的加工食物都含有基因作物的成份。由於美國法律沒有要求標示基改作物的成份,因此幾乎只再沒有標「Non-GMO」,就一定含有基因作物的成份。美國消費者吃了這些食品已有廿年了,還未發現有增加疾病的風險。科技也在進步,我們可以利用來探討基改作物有無有害 成份的工具也比過去還多,我看不出有任何需要增加擔憂的理由。

然而,我還是無法告訴你,基改作物一定無害,因為沒有找到證據證實基因作物有害,和找到證據證實基因作物無害,這兩句話看似沒啥不同,可是邏輯完全不同。 沒有找到證據,不代表沒有,也就是說沒有找到證據說基改作物致癌,不代表基因作物就一定不會致癌。只要找到一隻天鵝是黑的,那麼天鵝就不會只有白的,只是沒有找到黑天鵝,並不代表天鵝就一定是白的。在科學上,要證實「沒有」這件事,比證實「有」這件事難很多。

所以,我們是要作「有罪推定」還是「無罪推定」呢?這關係到的,並非是科學問題,而是價值觀取捨。美國這個相對新興的國家,比較願意接受新事物,冒險創新 的精神高,他們對新事物在態度上採取「無罪推定」,也就是說沒有證據顯示有害,先假設無害,所以他們創新性高,可是有些東西多年後卻發現有害;而歐洲在態度上比較採取「有罪推定」,還未證實無害前,先假定有害,所以創新性低,可是比較不容易出大錯。

我要再次強調,像基改作物這種高度爭議的議題,甚至在學界都還未有共識前,有立場並不是問題,但是要能適當地陳述什麼是已知的事實,還有什麼是未知的,憑什麼已知的事實做出決策。在決策過程中,就要涉及價值觀判斷,因為這些事物無所謂完全的好壞,我們會根據自己的信念,在價值的取捨上對不同參數做輕重的加權,綜合評估而得出支持或反對的決定。這世界上很少有完全無害的事物,高收益伴隨著高風險,只是我們要能準確判斷風險,再依價值觀和承受能力作出選擇。只是科學的態度是一分證據說一分說,我看不出食業署的廣告內存在任何重大科學問題,除了幾句表達不清確的話–例如基改和傳統育種還是有差的,並非沒有不同。

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Genetically modified food controversies

很多人反對基改作物,是因為基改作物不是天然的,可是我們人類文明社會現在吃的主食,其實沒幾樣是天然的。我們吃的食物,就算沒有用基因工程作基因改造,也早已影響了我們的健康,道家氣功就有門派就主張要長生不老就是不吃不喝,不過還沒有人辦到吧?這世界上並不存在完美的食物,食物之間對健康來說只有相對好壞的差別。

演化生物學家賈德.戴蒙(Jared Diamond)成功地在《槍炮、病菌與鋼鐵:人類社會的命運》Guns, Germs and Steel: The Fates of Human Societies) 用生物地理學的概念解釋了為何人類的文明之起源即罕見又特殊。無論理由為何,人類進入農耕時代後,食物的種類就大量減少,我們人類的主要糧食作物就手指也就數得出的幾種而已,例如小麥、大麥、燕麥、黑麥、稻米、玉米、馬鈴薯、高粱、小米,蔬菜水果等也佔了所有植物的冰山一角的一角而已,馴養的動物也寥寥無幾,就牛、羊、豬、雞、鴨、鵝。相較我們十萬年前演化出來的智人祖先相比,人類文明在大約一萬年後進入農耕社會後,我們的食物種類和營養就異常的貧乏。

人類自從有農耕時代開始,就已經改造了所有作物了,沒有任何農作物是純天然的。農耕本身就不是多麼「正常」的行為,詳細的論述可讀人類演化遺傳學家史賓賽.韋爾斯(Spencer Wells)的《潘朵拉的種子:人類文明進步的代價》Pandora’s Seed: The Unforeseen Cost of Civilization)及賈德.戴蒙的《昨日世界:找回文明新命脈》The World Until Yesterday: What Can We Learn from Traditional Societies?)和歷史學家菲立普.費南德茲─阿梅斯托(Felipe Fernandez-Armesto)的《食物的歷史—透視人類的飲食與文明》Food: A History)(請參見〈潘朵拉的種子之代價〉〈昨日世界的是是非非〉〈食物的歷史-吃的意義〉)。不過人類也非唯一會農耕的動物,居住於中南美洲亞馬遜雨林的切葉蟻(Leafcutter Ant)會把切下的葉子被搬進蟻穴,還會被弄碎成黏糊狀的葉糊,並用來培養真菌,而這些真菌會成為切葉蟻的食物來源,這也算是農耕哦!

我們和切葉蟻最大的差別,可能是我們不僅只能選擇少數動植物來耕作和馴養,我們也利用各種選汰和育種的方法來改造了農作物的基因體,使得它們的遺傳背景和祖先相差不少。沒有任何農作物在自然界是正常的,它們不是要結實結得又多又飽滿來讓人類吃的。就我研究的家雞演化而言,不需要基因改造,人類就育出年產約 200-300 顆蛋的蛋雞,而牠們的祖先紅色叢林雞一年只生約 12 顆蛋而已。還有只要醒著就吃個不停的肉雞,因為牠們已搞不清楚自己究竟飽了沒。

我們不僅改造了農作物的基因體,甚至也改造了我們部分的基因體,我們人類為了適應農耕社會,我們增加了分解澱粉的酵素的基因數 [36, 37],一些族群也演化成唯一能夠在斷奶後飲用乳汁的哺乳動物 [38-45]。人類對農作物基因體究竟造成了什麼影響,它們又怎麼影響我們的基因體,是方興未艾的研究,我們知道的還甚少。

既然我們已透過選汰和育種的方法來大幅改造了農作物的基因體,我們把幾個基因塞進農作物裡,算什麼大不了的事了? 主婦聯盟指出,「基因工程為透過病毒或細菌等媒介植入特定基因,打破生物界『不同種生物無法互換DNA』的規則,與傳統育種在同種生物間進行培育得到目標作物是完全不一樣的概念與技術,這已是一般民眾都能理解的基礎生物學。基因工程與傳統育種絕對不是食藥署所宣稱的『沒什麼不同』。」這裡頭有很大的問題, 就是指稱生物界裡,不同種生物無法在自然的情況下互換DNA,是錯的!

生物學家早就知道不同物種之間能夠透過基因水平轉移〔Horizontal gene transfer,HGT,或稱基因側向轉移(lateral gene transfer,LGT)〕的方式交換基因,自然界中已知從不同物種,甚至不同界(kingdom)的生物之間取得基因,已知的真核生物案例就有雙子葉 的 Striga hermonthica 從單子葉的高粱取得的基因 [46]、蚜蟲從真菌取得製造類胡蘿蔔素的基因 [47, 48]、瘧原蟲從人類偷取的基因 [49]、一種甲蟲(Coffee borer beetle)從細菌取得的基因HhMAN1 [50, 51]等等。

我們人類僅是聰明地藉助各種方法,把這個過程按照人類–而非大自然–的意思來模仿大自然的這個「正常」過程而已。這樣作並非不會製造問題,可是我們要想的是:究竟這麼做是利大於弊嗎?

老實說,我也很討厭孟山都等大生技企業的很多作法,有些基改作物也確實被濫用,例如把農作改造得更耐他們公司出的農藥等等,或者試圖掌控第三世界的農業命脈的行徑等等。不過有些環保團體提出的主張卻也未必實際,例如立法大幅提高基改作物安全測試的門檻,看似有道理,卻反而可能造成大企業更容易壟斷,因為有些成本小公司反而負擔不起,搞不好弄得有創新的小公司只能被大企業收購一途,就像製藥產業一樣。通往地獄的路為善意所鋪的,就是這個意思。不過政策上,問題過於複雜,在此就不展開討論。

基改作物對人類和其他生物的影響,也是錯綜複雜的。有研究發現基改作物裡抗蟲害的成份對其他野生昆蟲的生存也不利,有些益蟲也受到了影響。可是公視的記錄片《蜂狂》(Toxic Bees- Nature’s Mayday)卻也指出,因為害蟲對基改作物的抗蟲成份有了抗性,讓農民改種非基改作物而且改用系統性農藥,可能是導致北美蜜蜂大量死亡的原因之一,甚至還可能增加了過動兒。所以判斷基改作物的利弊也不是件簡單的事,凡事皆可能是雙面刃。

我們很容易批評現在工業化的農業等等,可是我們也得瞭解到,要餵養六七十億人口不是件簡單的事。我在這篇文章中〈回應〈發明疾病的人?〉〉中指出,現代醫療和公共衛生是現代人能夠活得健康長壽的原因之一,其實只說對了一半,另一大原因還有乾淨充足的飲水和食物,只是當時不想扯太多而模糊焦點。 這要歸功的除了淨水及輸送技術,還有保存食物的技術(如防腐保鮮技術和冰箱等),當然還有生產充足糧食的綠色革命(Green Revolution)。

改良品種、大量使用化肥和水利灌溉的綠色革命有弊也有利,可是我們能夠突破馬爾薩斯(Thomas R. Malthus,1766-1834)的詛咒,拜的就是農耕技術的突破。可是我們今天再度面對的是人口不僅逐漸上升,新興國家的中產階級也需要更富足的生活,可是大量可耕地反而因為都市化、工業污染、鹽化等而逐年喪失,加上全球氣候變遷火上澆油,我們很可能需要再一場綠色革命,才能提升甚至維持糧食的穩定供應量,才能讓窮人也不致於挨餓。基改作物如果未來朝著提升產量,以及適應不良土地(如鹽化)、耐熱抗旱等等,我們才有更多武器對抗未來嚴峻的挑戰!當然,依靠傳統育種選植的方式也不是不能達成,只是這些方法較耗時,而我們最缺乏的東西之一也就是時間XD

我想,對於基改作物,我們沒有理由完全排斥,明確的標示或許是個辦法,但是卻不容易辦到,因為上超市買的東西,我們可以明確看到標示,去便當店吃飯,總不會要求老闆一樣一樣說明有無基改作物成份吧?因此政府在源頭把關,或許也很重要。還有,如果真的在乎健康,少吃加工食品,多吃在地當季的食物,吃的食物種類愈多樣愈好,可能比擔心基改作物還實際吧!

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  42. Myles S., Bouzekri N., Haverfield E., Cherkaoui M., Dugoujon J. M., Ward R. (2005). “Genetic evidence in support of a shared Eurasian-North African dairying origin“. Biomedical and Life Sciences 117 (1): 34–42. doi:10.1007/s00439-005-1266-3.
  43. Tishkoff S. A.; Reed, Floyd A; Ranciaro, Alessia; Voight, Benjamin F; Babbitt, Courtney C; Silverman, Jesse S; Powell, Kweli; Mortensen, Holly M; Hirbo, Jibril B; Osman, Maha; Ibrahim, Muntaser; Omar, Sabah A; Lema, Godfrey; Nyambo, Thomas B; Ghori, Jilur; Bumpstead, Suzannah; Pritchard, Jonathan K; Wray, Gregory A; Deloukas, Panos (2006). “Convergent adaptation of human lactase persistence in Africa and Europe“. Nature Genetics 39: 31–40. doi:10.1038/ng1946. PMC 2672153. PMID 17159977.
  44. Enattah N. S., Jensen T. G. K., Nielsen M., Lewinski R., Kuokkanen M., Rasinpera H., El-Shanti H., Kee Seo J., Alifrangis M. et al. (2008). “Independent Introduction of Two Lactase-Persistence Alleles into Human Populations Reflects Different History of Adaptation to Milk Culture“. American Journal of Human Genetics 82 (1): 57–72. doi:10.1016/j.ajhg.2007.09.012. PMC 2253962. PMID 18179885.
  45. Itan Y., Jones B. L., Ingram C. J. E., Swallow D. M., Thomas M. G. (2010). “A worldwide correlation of lactase persistence phenotype and genotypes“. BMC Evolutionary Biology 10: 36. doi:10.1186/1471-2148-10-36.
  46. Yoshida, Satoko; Maruyama, Shinichiro; Nozaki, Hisayoshi; Shirasu, Ken (28 May 2010). “Horizontal gene transfer by the parasitic plant Striga hermonthica”. Science 328 (5982): 1128. Bibcode:2010Sci…328.1128Y. doi:10.1126/science.1187145. PMID 20508124.
  47. Nancy A. Moran; Tyler Jarvik (2010). “Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids“. Science 328 (5978): 624–627. Bibcode:2010Sci…328..624M. doi:10.1126/science.1187113. PMID 20431015.
  48. Fukatsu T (April 2010). “Evolution. A fungal past to insect color“. Science 328 (5978): 574–5. Bibcode:2010Sci…328..574F. doi:10.1126/science.1190417. PMID 20431000.
  49. Bar D (16 February 2011). “Evidence of Massive Horizontal Gene Transfer Between Humans and Plasmodium vivax“. Nature Precedings. doi:10.1038/npre.2011.5690.1.
  50. Lee Phillips, Melissa (2012). “Bacterial gene helps coffee beetle get its fix“. Nature. doi:10.1038/nature.2012.10116.
  51. Adaptive horizontal transfer of a bacterial gene to an invasive insect pest of coffee“. PNAS. 2012. doi:10.1073/pnas.1121190109.

本文原刊登於The Sky of Gene。

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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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你知道基因改造,那知道「基因編輯」技術嗎?讓專家一次告訴你!
台灣科技媒體中心_96
・2022/06/29 ・3505字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

英國環境食品與鄉村事務部(DEFRA)於 2022 年提出的《基因技術(精準育種)法案》。
圖/envato

英國環境食品與鄉村事務部(DEFRA)於今(2022)年 5 月 25 日提出的《基因技術(精準育種)法案》(Genetic Technology (Precision Breeding) Bill),6 月 15 日已過二讀討論,6 月 28 日將進入下一個審議階段。該法案針對精準育種的動植物,以及由這些動植物生產出的食品與飼料,提供開放銷售相關的風險評估。

台灣科技媒體中心邀請專家說明目前的研究與技術,4 位專家皆解釋精準育種技術更能縮短育種作物的時程,並指出該法案可供臺灣參考的面向。

法案修訂,提升糧食生產策略的重要性

臺灣大學生物科技研究所教授 兼 生物資源暨農學院副院長 劉嚞睿 表示,目前各國用基因編輯技術,做為基礎開發的新興精準育種技術產品,管理方式並不一致。所以目前國際上,是否以基因改造生物的規範來管理新興的精準育種技術產品,仍未達成共識,會影響新興精準育種技術產品的開發。

成功大學生物科技與產業科學系副教授 郭瑋君 指出,過去,美國對科技作物相對開放,而多年來歐盟強力反對。英國作為歐洲的三大強權之一,提出此修訂案,開放精準育種作物的產業研發及銷售,反應出此技術不再只是美國自身的國際貿易考量,而是提升未來糧食生產的重要策略。

英國開放精準育種技術,可能是提升糧食產量的重要策略。圖/envato

郭瑋君認為,這對全球有顯著的指標作用,相信此舉也會帶動歐盟未來思量修改相關法案。但郭瑋君也指出,該法案所提的專一基因編輯,在臺灣的精準育種技術只在研究單位進行,以分析作物的基因功能為主,目前仍未發展於產業育種。

郭瑋君表示,精準育種技術可以直接修改植物的基因,因此最大的潛力是可以去除造成植物生長弱勢的基因,而提高生長能力及永續栽培方法的應用。她說,精準育種技術可以顯著縮短育種時程,從 10 年縮短到 1 年半,這在因應氣候變遷造成每年極端氣候,加快培育有抗性的作物品種,有極大的助益。

郭瑋君舉例,自精準育種技術於 2013 年成功改變植物基因後,2017 年美國食品藥物管理局(FDA)即已核準了精準育種可抗旱的大豆、増加含油量的亞麻,及不會變黑的蘑菇上市。

臺灣大學農藝學系副教授 蔡育彰 表示,英國提出修訂精準育種法案,是繼美國、澳洲、日本等國之後,將基因編輯作物與基因改造作物做出區別。

目前已訂定法規中允許的精準育種作物,主要是影響作物本身特定的基因表現。

精準育種可以大幅縮短育種時程、因應快速來臨的極端氣候。圖/envato

蔡育彰認為,這種改變原本特定基因表現的作物,與現行一般育種方法所育成的作物相似,若再輔以目前成熟的全基因組定序分析技術,可完整的比對出精準育種作物與對照品種的基因組序列差異,後續相關安全性評估可與過去一般品種育成的流程相似。

臺灣海洋大學水產養殖學系副教授/前系主任 龔紘毅,同時也是執行科技部、農委會與多項產學合作的計畫主持人。龔紘毅指出,精準育種技術幫助我們減少對農藥及抗生素的依賴,減少對環境的影響並改善動物福利,增加動植物的營養價值,從而提高糧食系統的生產力、復原力及可持續性。

龔紘毅說明,臺灣現在發展的精準育種技術有「基因體選育」(Genome selection)與「基因體編輯技術」,前者需要有明顯不同性狀的族群樣品並選育物種,但相對也會投入很高的成本,較適合少數高產量與高經濟規模的物種。

臺灣現在發展的精準育種技術有「基因體選育」(Genome selection)與「基因體編輯技術」。
圖/envato

龔紘毅表示,臺灣在農業基因體學和遺傳技術有豐沛的能量及基礎研究,可借鏡英國法規,制定輕度監管的方式,釋放研發及促進農業產業發展的能量,且制定符合台灣最大效益的規則。龔紘毅提到,日本專家及政府在制訂精準育種法規的前瞻性、推廣經驗與鼓勵新創,也值得臺灣加以借鏡學習。

他指出,日本與臺灣均為水產消費大國,日本雖然在基因改造生物(GMO)法規上嚴格管理,但學界與政府認為基因編輯技術在精準育種具有龐大的發展潛力,因此在基因編輯法規超前部署,制定明確且兼顧產業發展與生物安全的法規制度。同時在科學教育及注重新興技術與民眾溝通、宣導和知的權利。

精準育種,相對縮短培育時程

劉嚞睿說明,依臺灣「食品安全衛生管理法」定義,基因改造是指使用基因工程或分子生物技術,將遺傳物質轉移或轉殖到活細胞或生物體,產生基因重組現象。基因改造技術食品含有外源基因,對人體健康與環境生態可能有影響。

不過他舉例,三種基因編輯技術中,其中兩種技術的衍生產品,不含有外源基因。所以除了歐盟仍以基因改造生物的規範進行管理以外,大多數國家認定風險與安全性應與傳統育種無異,故認為不屬於基因改造產品。

劉嚞睿指出,基因編輯技術可在不含外源基因的情況下,精準快速的改變生物體內特定的基因序列,大幅縮短育種時間,帶動新興精準育種技術的發展。但此精準育種技術,透過人為的操控物種基因體,甚至影響物種的基因多樣性,仍引起諸多道德倫理與社會價值的矛盾與衝突。

用人為方式改變生物基因的精準育種技術,仍有道德倫理上的疑慮。圖/envato

蔡育彰說明,精準育種使用的基因編輯技術,與傳統基因改造不同,傳統基因改造是經由外加的基因。他指出,實際應用的困難在於,精準育種此技術應用在不同作物、品種和品系上,效率也都不同。由於目前法規允許的精準育種技術有限制 DNA 序列的變異型式,應用於許多現行栽培的作物種類上可能預期效果較有限。蔡育彰也提醒,精準育種技術的應用也需要對目標作物的基因組序列有完整的了解。

郭瑋君指出,基因改造主要技術核心是,永久放置「非植物」的基因片段於農作物體內,如抗病或抗蟲或抗農藥基因,可能來源是昆蟲或細菌,以提高基因改造作物的產量。因此這些外來基因在作物內會產生外來的蛋白質,可能栽種時造成其它生物如昆蟲的生長或演化上的變異,在食用時可能成為人類食物的過敏源。

郭瑋君解釋,精準育種技術是直接去除或變異「植物」本身的基因片段,最終的育種作物不會有外來的基因或蛋白質。

與基因改造不同,精準育種的基因編輯技術,只會剔除、不會新增外來基因到農作物體內。圖/envato

龔紘毅解釋,精準育種中的基因編輯技術,讓科學家能幫助農民和生產者開發出有益處的植物和動物品種,這些也能通過傳統育種和自然過程發生,但基因編輯可以更有效和更精準的大幅縮短選育新品種所需的時間。

台灣科技媒體中心表示,目前英國的精準育種技術仍屬於基因改造生物(GMO)法規的監管下,若此法案通過,將有利於精準育種技術與產業發展,但是,使用精準育種技術的作物是否納入或獨立於「基改作物」的法規規範,仍待持續關注與討論。雖然英國、紐西蘭、澳洲等都有專家長年持續的討論基因改造作物與基因編輯作物的技術,但在臺灣仍十分缺少對此科學議題的專業看法與討論

台灣科技媒體中心總結,透過科學家說明目前的研究與技術,能幫助在科學技術被誤解之前,提供正確的資訊以利討論。雖然這次是在英國提出的精準育種法案,但未來臺灣若有相關發展,也可以做為參考的資料。

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基因改造的實例「友善蚊」,友善的對象是?——《竄改基因:改寫人類未來的 CRISPR 和基因編輯》
貓頭鷹出版社_96
・2022/04/03 ・1849字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

雖然,「友善蚊」聽起來可能像是《好餓的毛毛蟲》這本繪本的續作,但它其實是牛津昆蟲技術公司擁有的商標,代表一種經過基因改造的特殊蚊種,這種蚊子可以傳播引發登革熱、茲卡病和黃熱病的病原。

2002 年,牛津昆蟲技術公司培育出他們第一批友善蚊。這些接受基因改造的蚊子,體內含有一種自殺基因。自殺基因一旦啟動,就會干擾蚊子的細胞活動,造成蚊子死亡。這間公司很聰明,沒把這種經過基因改造的蚊子取名為「自殺蚊」之類的愚蠢稱號,銷售基因改造產品的公司最不需要做的事情,就是給自家產品取個嚇人的名字。

現在,這間公司在實驗室進行培育,生產數百萬隻經過基因改造的友善蚊。在許多爆發相關病媒蚊疾病的地點,這些蚊子已經被釋放到野外環境,例如在開曼群島上的一處特定地區,已經釋放了八百萬隻友善蚊。

友善蚊的自殺基因機制

這些大量釋放的友善蚊都是雄蚊,一旦可以自由飛翔,牠們就會做雄蚊總是會做的事:試著找雌蚊交配。假設交配成功,那麼友善蚊所有的後代都含有自殺基因。

自殺基因的表現會導致一種致命毒素在蚊子體內累積,造成友善蚊的後代在幼蟲期或蛹期階段就死亡。在開曼群島進行的試驗結果十分振奮人心,經過重複的野外釋放程序,在一個季度的時間內,研究人員偵測到的蚊卵數量減少了百分之八十八,體內攜帶病毒的蚊子數量則是減少了百分之六十二。

這些經過基因工程改造的小昆蟲之所以是一種相當好的技術解決方案,原因有很多,除了自殺基因以外,友善蚊還會把一種特定螢光蛋白質的譯碼基因傳給後代。在野外,研究人員可以利用螢光來辨認哪些蚊子繼承了友善蚊經過改造的遺傳物質。

經過重複的野外釋放,在一個季度內研究人員偵測到體內攜帶病毒的蚊子數量減少了百分之六十二。圖/Pixabay

經過基因改造,自殺基因已經安置在友善蚊的基因體裡,成為正向迴路的其中一部分。自殺基因一旦啟動,就會開始提升自身的表現量,意味著在蚊子體內,有毒物質很快就會累積到致命程度。

控制友善蚊體內的自殺基因啟動

這項技術最美妙的地方在於它解決了很基本的問題。如果自殺基因是致命的,為什麼雄蚊在長大成年,被釋放到野外毀了雌蚊想當媽媽的夢想之後才會死?這是因為,培育了數百萬隻雄蚊的牛津昆蟲技術公司,有辦法控制牠們的飲食。

研究人員在給雄蚊吃的食物裡添加了四環素這種抗生素,四環素會和自殺基因結合,造成自殺基因關閉。自然界並沒有四環素這種物質,所以雄蚊到了野外之後,自殺基因才會啟動,而體內原有的四環素足夠牠們活著找到雌蚊交配。

至於繼承了自殺基因的後代,因為食物中不含四環素,所以無法關閉牠們的自殺基因。於是,這些遺傳了致命基因的蚊子就會死亡。

是破壞生態還是環境友善?

這項技術還有許多值得欽佩的地方,廣效性化學殺蟲劑的使用可能因此減少。用化學藥劑來滅蚊,人類很難徹底找到每一處雌蚊喜愛的小型積水空間。但尋找雌蚊這件事對經過基因改造的雄蚊來說不是問題,一億年來的演化已經讓牠們成為尋找雌蚊的大師。

牛津昆蟲技術公司只針對一種蚊子進行基因改造,所以其他不是病媒蚊的蚊子不會受到影響,這種蚊子並不是開曼群島的本土生物,而是透過人類活動意外引入當地。

這是一項自限性技術,一旦釋放到野外的雄蚊和牠們的後代都死亡,自殺基因就會從族群裡消失,一切都是為了把對生態系的破壞程度降到最低。

為了把對生態系的破壞程度降到最低,擁有自殺基因的雄蚊和後代都死亡後,自殺基因就會從族群裡消失。圖/Pixabay

——本文摘自《竄改基因:改寫人類未來的CRISPR和基因編輯》,2022 年 1 月,貓頭鷹出版社

貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。

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餵飽全人類,需要她與她的科學——余淑美專訪
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/03/29 ・5129字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃,泛科學企劃執行。

  • 2014 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第七屆傑出獎得主

余淑美帶我們走進她在中研院分子生物研究所的辦公室,小的讓我意外。一台小型的葉片式電暖器放在門邊,就佔掉了一大塊空間。「這是給植物保暖用的,因為最近比較冷。」我們這群採訪者擋在門口還來不及動作,貴為院士的她就俐落地收起電暖器的插頭,將其移到另一側。「這舊電暖器要移動有個角度,我比較知道怎麼推。」她隨即拉來兩張椅子招呼我們坐下,採訪這天下午一連多日的寒流稍退,冬陽在此時斜斜曬入,點綴著大小綠色植栽的辦公室,在我眼中突然像是森林一隅,變得好大。

氣候條件跟植物生長狀況息息相關,這點你知、我知,我們老祖宗也知,因此才有了一萬多年前,被某些學者指稱為「農業革命」的時代,越來越多人類族群放棄狩獵採集,發展農牧生活型態。只不過這革命因為各種因素,過程極為緩慢、停停走走有時甚至還逆轉,而且並不是只帶來益處……。一萬多年後的此刻,科學家對農業與農作物的理解比老祖宗高出何止百萬倍,但人口暴增、耕地破碎、過度施用肥料與農藥、土壤與水源污染、加上氣候變遷造成的高溫、乾旱、洪患、海平面上升等,就連像余淑美這樣最頂尖的科學家也擔憂。

但比起現在才在煩惱氣候變遷的你或我,她早就採取了行動。

圖/余淑美提供

農業要發展,育種很重要

「農業其實跟我們生活息息相關,可是太廉價容易獲得,所以大家都不珍惜,辜負了辛苦的農夫。」余淑美院士小時候就跟許多同年代的孩子一樣,在農村成長,在水稻田邊玩邊學。雖然家庭經濟狀況不佳,但父親一直鼓勵她讀自己真正有興趣的,不要為了家境委屈求全,因此她從北一女畢業後,雖然同時考上國防醫學院護理系,可以畢業即就業,但從小就喜歡植物的她,最後選擇就讀中興大學植物病理學系,就此一直鑽研水稻,勤奮不懈,成為國際上舉足輕重的「水稻教母」。

就像 SARS-CoV-2 這新冠病毒不斷變異,余淑美說所有的生物基因都在不斷變化,就像人類的癌症來自基因突變,而現代社會能豐衣足食,也要感謝育種學家跟農夫持續透過作物雜交來改造基因。她說最早的玉米跟現在長得一點都不一樣,只有幾顆種子,而且又硬又難吃。不過透過化石證據,發現 7,000 年前到 500 年前這段時間的玉米不斷經過育種,外表已跟目前非常接近。另外,如今我們常吃的蔬菜,像是高麗菜、白菜、花椰菜、青花菜、羽衣甘藍……等,雖然名字跟外型差很多,但祖先其實都是十字花科的油菜,基因定序後會發現只有非常小部分不同,這都是育種多年的成果。

然而「育種多年」,也就等同速度太慢,而且也不一定想育什麼種,就出什麼種。過程艱辛也使得田間育種的人才越來越少。因此,新的生物技術接連誕生,有的使用化學藥劑,有的則透過放射線來誘發基因突變,速度雖然快了一些,但依舊是隨機突變,會出現難以預料的性狀,而且通常是我們不想要的。

基因轉殖,或你可能更常聽見的「基改」,則是速度更快更精準的育種方式,也是余淑美實驗室的專業。「我們知道很多水稻基因的功能,非常容易複製及插進好的作物品種基因體裡面。目前有技術可以精確地控制要插在哪裡,不會影響基因體其他基因的功能。」相較於其他育種方式起碼要六年到八年,余淑美表示基因轉殖兩到三年就可以完成,創造了已廣泛種植的基改玉米跟黃豆。因此,現代育種需要結合分子生物學、生物化學、物理化學、生物資訊學、組織培養技術、農園藝、病蟲害防治等技術,才能在短時間培育出好品種。余淑美說目前更已進入電腦育種時代,透過運算讓已經縮短的育種時間更短、產出更佳。

30 年來投入水稻研究,從 1993 年完成全世界第一個利用農桿菌轉殖水稻基因,到建立臺灣水稻突變種原庫、參與國際 C4 水稻計畫,余淑美持續突破,於前年(2019)10 月發表在《美國國家科學院期刊》加長版(PNAS, Plus)的研究,更發現了水稻抵抗逆境的關鍵機制。雖然這份研究在實驗時還是用基因轉殖技術,但隨著基因編輯技術發展盛行,她也向我們透露實驗室已經用基因編輯成功實現。

「我們平常追求 100 分的產量,可是如果雖只有 90 分的產量,水卻只用三分之一,經濟成本是很划算的,我們希望將來可以推這些技術。」對基因編輯稻米新品種,她樂觀期待。

基改的難題:要克服的不只有技術,還有人心

余淑美相信基因轉殖改良的作物能夠為世界創造更高的價值。以玉米這種易受玉米螟、玉米穗蟲加害的主要作物為例,農民可以噴灑蘇力菌(Bacillus thuringiensis Berliner, Bt)來防治。這種細菌的孢子會產生結晶蛋白,當幼蟲吃進腸道裡,會導致腸道穿孔,而且不同菌種有特定的殺蟲對象,能避免誤殺益蟲,也是對人類很安全的一種農藥。孟山都公司以此原理,透過基因轉殖技術,讓植物自行產生這種抗蟲蛋白,就可以連蘇力菌都不用噴了,而且一樣安全。
除了玉米之外,大豆、棉花、油菜、馬鈴薯也都陸續由生物科技公司開發出基改抗蟲品種,因此大幅降低了農藥的噴灑量達 3/4,間接保護了農人與消費者的安全,降低了環境保護跟生產的成本。另外像是香蕉萎縮病、木瓜輪點病等極難防治的疾病,影響貧窮地區的人民甚鉅,透過基因轉殖創造新品種也是最有效的作法。余淑美認為有些生技公司儘管名聲不好,但其對全球大量減少使用殺蟲劑的貢獻足以獲得諾貝爾和平獎。

科技上不斷突破、讓育種比過往更快更精準,降低農藥與肥料施用,從而減少環境影響;增加產量跟營養,讓食物更便宜可親。但在許多國家地區的政策跟民眾觀感中,基因轉殖作物始終過不了關,包括臺灣。

攝影/呂元弘

余淑美認為,相較於其他更不精準的育種技術,基因轉殖作物受到的要求太高了。生物安全評估的成本一層層疊加,「所以你可能十塊錢的成本,一塊錢是研發,九塊錢是花在生物安全評估上。」她說,這也使得這遊戲只有大公司玩得起,有志創新的小公司反而被排擠。

雖然臺灣面對少子化、人口下降,但就全球來說,總人口依舊還在快速增加,往 95 億前進,即使是此刻,全球也有 10 億人處於飢餓狀態。而一份統整了 500 篇研究的報告,顯示糧食生產的速率完全趕不上人口成長,屢創紀錄的自然災害,如旱災、洪荒、野火、高低溫、病蟲害等,更讓余淑美估計糧食危機將提早到來。

以稻米來說,「日本原來的品種都比較適合低溫,現在溫度越來越高,他們到臺灣來要品種去做雜交,因為他們的稻米現在已經開始不耐高溫了。」她接著指出前年(2020)花蓮有機米也因為高溫產量減少四成,桃竹苗第二期稻作也因為乾旱而休耕,去年(2021)中部許多地方第一期也休耕。她表示其實只要政策願意開放,她有把握可以育出不需要用那麼多灌溉水的品種。

除了耐旱,耐鹽也是余淑美認為值得開發的特性。像是歐洲唯一的稻米區——法國與西班牙南部就遇到地中海海平面上升、鹽水侵襲的問題;同樣的問題在臺灣,余淑美指出也有 30,000 公頃的耕地地層下陷受鹽害,影響範圍從彰化到臺南,在這些地方耐鹽的品種就能派上用場。

那現在最熱門的「基因編輯」呢?余淑美表示基因編輯的厲害之處,就是可以有效精準改變與改進基因,而且沒有外來基因,能夠提升消費者的接受度,她的實驗室也已經在做,但基因轉殖依舊是最能解決糧食問題的育種方式。余淑美認為,有機與基改其實訴求一致,都是要避免化肥跟農藥過量傷害環境與人體,尤其在臺灣每公頃農藥用量為亞洲第一的情況下,其實更該反思現行農法的問題。或許隨著教育、科普、跟糧食危機逼近,社會對基改作物的接受度也會逐漸提升吧!「我們家的豆腐都是挑基改的買喔!」她笑著說。

不斷前行的步伐與堅定的意志

除了力挺基改食材,身為研究糧食作物的生物學者,余淑美還有別的堅持,例如自己做飯。

「孩子小時候我都給他們每天帶便當。我雖然很忙,沒辦法幫他們做很多事,可是有些事情我很堅持。」余淑美回顧自己剛回國時的生活:兒子才滿月,女兒也只有兩歲,與先生趙裕展(同為中研院分生所研究員)互相配合,例如自己下午五點下班回家做飯,晚上八點回辦公室,換先生回家陪小孩,然後到十點換她回家顧小孩,輪到先生回辦公室繼續工作到十二點。

不過難以想像的是:回國 33 年,這般勤奮竟然一直延續至今!兩人如今還是每天早上九點半到辦公室,晚上抽空回家做飯、然後又回到辦公室,近半夜十一點半才回家。真的是連學生都不得不努力了。

「我小時候媽媽身體非常不好,我從小學一年級開始就要做很多家事,洗衣燒飯。冬天很冷,屋瓦上都會結霜,還是要到溪邊去洗衣服。」也因此,即使研究工作再忙再累,余淑美或許早已習慣,做事極有效率。身為家中老大,下有三個妹妹、一個弟弟的長女,成長的年代也曾感受過被視為「賠錢貨」的社會氛圍。負面的刻板印象反而刺激了她,讓她更努力,要讓所有人看見女生可以做得跟男生一樣好。

攝影/呂元弘

2014 年,得到第七屆「傑出女科學家」的肯定,余淑美因此多了許多到高中女校演講的邀約。她總是以自身為例,鼓勵學生要衝破家庭與學校教育給他們的窠臼,就像她父親告訴她的:想要唸、可以唸就往上唸,沒有一定要幫家裡賺錢或是早點出來工作。而當了母親的余淑美也總是鼓勵一對兒女盡量接觸各種興趣,自行探索方向。

就算在原本的路上撞了牆,或是想換條路走,余淑美也覺得沒什麼關係,但她建議學生要把握原有的基礎,在那之上學習新東西,才能為自己加分。「因為這種跨領域的人才其實更少,在這麼競爭的環境下,更可以凸顯你的能力。」她表示。

相較於其他科學領域,生命科學領域堪稱性別平衡,以余淑美所在的中研院分子生物研究所來說,男女比就幾乎各半,工作領域也無同工不同酬的問題。另外她認為,相較於美國女性婚後大多冠夫姓,臺灣沒有這情形,算是很不錯。

不少女性研究者在家庭裡負擔較多的工作,例如照顧長輩跟小孩,她認為的確比較辛苦,也因此另一半非常重要。她就有一些學術領域的朋友,因為先生跟家庭不太能諒解她們長時間待在實驗室而起衝突。她自己分析,即使生命科學領域女性跟男性比例平衡,但有許多女性未婚或沒有生育;若是成家有小孩的,另一半也幾乎都是學者,比較能體諒研究者的需求。由於分子生物領域非常重人力,進行各項精細實驗皆仰賴研究者的細心與耐心,加上也不太耗體力,她認為很適合女性。然而在她的學生當中,也會有女學生遇到職涯與家庭的兩難考驗。余淑美當然會予以鼓勵,但若她們仍舊放棄,在尊重其決定之餘,有時也不免覺得可惜。她認為每一個人都應該有權利追求自己的興趣,人生才有意義,但仍需要一定的幸運。

如今帶領多國學生的余淑美,笑著說實驗室像是聯合國一樣,巴基斯坦、印度、越南等許多南亞與東南亞國家的學生紛紛慕名而來,一方面是因為在這些國家,稻米是很重要的作物,他們也覺得很有發展前景,另一方面,她說,因為臺灣的學生想研究農業科學的越來越少了,因此國際學生佔比就不斷提高。

「我很喜歡手機定時欸,可以訂好多不同的時間提醒我。」在跟我們分享她怎麼安排每天的工作時間與指導學生的節奏時,余淑美眼睛一亮地冒出這麼一句話,讓人覺得十分可愛。這句單獨聽起來一點也沒什麼的話,放在脈絡裡,其實是這位頂尖科學家 30 多年來日復一日、研究、教學、與服務不歇的證據。不論是在對基因轉殖的認識、採納上,還是對農業與糧食安全的體悟上,或許臺灣還需要一些時間趕上她的腳步,只不過,到時候余淑美肯定又已經走得更前了吧!

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

水稻基因改造的專家!中研院余淑美院士-第七屆台灣傑出女科學家獎得主/YouTube

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃,泛科學企劃執行。

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