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【科普】Bt蛋白,一剂被误解的毒药

2016/04/15 来源:基因农业网
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导读
Bt蛋白,能毒杀害虫,那它是否…可能……肯定……绝对……能毒杀人类。一个疑问,变成一个假设,再变成一个结论,最终变成一个真理。Bt蛋白,就在这样的流言蜚语中,变成了一剂可怕的毒药。


Bt是什么?

Bt,不是变态,更不是变天。Bt是Bacillus thuringiensis两个单词首字母的缩写。Bacillus thuringiensis是拉丁文,一种细菌的名字,中文名是苏云金芽孢杆菌。

细菌是微生物。微生物像江湖中的异士,各怀绝技。微生物充斥着这个星球的每一个角落,像黑暗中的幽灵。Bt就是这样一个杀人……哦,不……杀虫于无形的死亡幽灵。

时间回到115年以前。

1901年,日本科学家石渡(Ishiwata)发现一种家蚕在病死前,突然停止食桑,全身颤抖,很快侧倒死亡,因而命名为猝倒病。

为了一探究竟,他把家蚕开腔破肚,发现肠道糜烂,死得痛苦。石渡倍感震惊,什么毒药竟然比三笑逍遥散还阴狠,能让家蚕穿心断肠,瞬间毙命?他从肠道中发现了罪魁祸首,是一种细菌,一个恐怖的死亡幽灵,像三尸脑神丹一样,撕咬着家蚕的肠胃。

十年之后,1911年,德国科学家Ernst Berliner在地中海粉斑螟患病幼虫中也分离出了这种细菌。但是,给这个死亡幽灵取一个什么特别的名字却让他伤透了脑筋。最终,他可能从南京小笼包、兰州拉面中获得了灵感,这个细菌是在德国一个叫苏云金的地方发现的,因此就命名为苏云金芽孢杆菌。

从此,苏云金芽孢杆菌走向了历史的舞台,掀起了一场农业革命。

Bt蛋白是什么?

1938年,苏云金芽孢杆菌在法国正式成为商品,用于防虫治虫。现在,市场上仍然有苏云金芽孢杆菌杀虫制剂销售。这种杀虫剂是纯天然的,所以它伺候过的蔬菜、水果一般都被标上有机、绿色、放心等字样,卖着不菲的价格。

可惜的是,苏云金芽孢杆菌杀虫制剂生产成本较高,价格较贵,无法大规模使用。

苏云金芽孢杆菌很有意思,胞内有个巨大的晶体,像钻石一样,有的是菱形,有的是圆形,因此很形象地被命名为伴胞晶体。不过,伴胞晶体只是一种蛋白质,不像河蚌体内的珍珠那样是一种宝石。

1956年,科学家Angus发现苏云金芽孢杆菌的杀虫利器就是伴孢晶体蛋白。遗憾的是,作为理工男的生物学家总是那么耿直,仅仅因为伴胞晶体能杀虫,就不顾它的美丽,取了一个令人生畏的名字——Bt毒蛋白,不但BT(变态),而且有毒。

伴孢晶体虽不是钻石,但胜似钻石,比钻石更珍贵,更有用。它的发现为培育转基因抗虫作物提供了可能,但前提是要获得它的编码基因。

随着分子生物学技术的发展,这个问题很快就迎刃而解了。截止目前,已经克隆了396种Bt蛋白基因。

1988年,孟山都公司将Bt蛋白基因转入棉花中,获得了第一批转基因抗虫棉。1996年,孟山都公司推出保铃抗虫Bt转基因棉花。

随后,Bt转基因棉花和玉米以超乎想象的速度在全球被大面积推广。在中国,只允许种植Bt转基因棉花,Bt转基因玉米不能种植,只能进口。中国自己培育的Bt转基因水稻还没批准推广种植。

Bt蛋白有毒吗?

是的,Bt蛋白有毒,否则就不叫毒蛋白了。

Bt蛋白是一剂毒药。但它不是万能毒药,只能毒杀某些昆虫。

问题是为什么它只对昆虫有毒性?难道它有一双眼睛?其实有分辨能力的是昆虫的肠道。

昆虫的肠胃是碱性环境。在碱性条件下,Bt蛋白晶体的氨基酸链被特异性地转变成活性肽段(注意不是降解成一个个的氨基酸)。此时,昆虫肠道表面的眼睛——Bt蛋白受体——就能识别这些肽段,并且和它来个亲密接触。Bt蛋白受体就像潜伏在昆虫中的内应,和Bt蛋白成熟肽段里应外合,搅动着肠道细胞,掀起了一场暴风骤雨、惊涛骇浪。最终肠道细胞内的电解质平衡被破坏,造成肠道穿孔,昆虫无法进食,痛苦而死。

看到这里,是不是脊背发凉、冷汗直冒?

不用担心。我们不是昆虫,我们的胃是酸性环境。在酸性条件下,Bt蛋白晶体的氨基酸链被降解成一个个的氨基酸(注意不是有活性的肽段)。更重要的是,人的肠道表面没有识别Bt蛋白的眼睛——Bt蛋白受体。在人的肠胃中,Bt蛋白降解而成的氨基酸被肠道吸收,作为人体蛋白质和其他物质的合成原料。因此,对人类来说,Bt蛋白只是一种普通的蛋白质,一种营养物质而已。

现已证实,Bt蛋白对鳞翅目、鞘翅目、双翅目等10个目的500多种昆虫有毒性。但不包括人、哺乳动物和家禽,他们的肠道中没有Bt蛋白受体。

所以,Bt蛋白是一剂毒药,还是一剂被误解的毒药。

备注:本文作者为山东大学生命科学学院王勐骋。

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