基因改造科技：黃金米的誕生與近況
104/07/07
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林基興｜
行政院科技顧問組
2011年，世界衛生組織估計，全球約有2億兒童、2千萬孕婦缺乏維生素Ａ。其中，約40萬兒童失明，且一年內有半數死亡。缺乏維生素Ａ也會導致免疫力下降，使得痢疾、麻疹等病的死亡率增加，更添加了100萬人（大部分是幼兒）的死亡。
有營養缺乏問題的貧戶通常只有主食可以吃，因此解決的方法是在主食中添加所需要的營養素。以缺乏維生素Ａ為例，只需在主食中添加胡蘿蔔素。惟全球許多貧戶的主食是稻米，其食用部分並沒有胡蘿蔔素。
德國生物學家波崔庫斯（Ingo Potrykus）曾是瑞士蘇黎世聯邦理工學院植物科學教授，研究植物生技多年。早年在二戰後曾受飢荒與營養不良之苦，因而很注重營養不良問題，並致力於基因科技以解決糧食問題。自從知道全球急需解決稻米缺乏維生素Ａ的問題，且科學界的共識是「為了讓稻米產生胡蘿蔔素，不只需要轉殖一個基因，而是多基因」，他深受這技術的挑戰所吸引，並與德國弗萊堡大學嫻熟水稻的胡蘿蔔素合成途徑的細胞生物學教授拜爾（Peter Beyer）合作，利用水稻基因轉殖技術成功誕生了黃金米。
現況
在烏干達等地，本來就可以提供原已含有維生素Ａ的甘藷，並使用傳統育種方式提高其中維生素Ａ的含量。但是稻米不行，因為它的食用部分原本不含維生素Ａ。
有人主張甘藷、蔬果等就可提供維生素Ａ，但這些食物在該地可能沒有，或只在某季節出現，或對貧民而言太貴了，而且貧民往往也不了解營養的問題。至於分發維生素Ａ膠囊，1998年起，就由世界衛生組織協同慈善組織深入各貧窮地區分發。但受限於不良的基礎建設，且維生素Ａ膠囊需要每3個月分發一次，補充與監督甚無效率，成本效益也不高。
美國國家科學院院士費多樂（Nina Fedoroff）認為黃金米經由主食方式，是最直接的解決方案。2009年，德國哥廷根大學國際農業貿易與食物教授逵恩（Matin Qaim）也指出，在各種救助方法中，黃金米是最具成本效益與永續的做法。
因緣際會
1993年，波崔庫斯和拜爾向美國洛克斐勒基金會提計畫，要把參與胡蘿蔔素生物合成過程的幾個酵素利用基改的方法送到水稻中，以培養出可以在胚乳中累積胡蘿蔔素的水稻。審查委員批准了這項計畫（7年260萬美元）。
因水稻這類的基因並不活躍，要開啟這個途徑就得加入基因。黃金米使用兩個β−胡蘿蔔素生物合成基因：來自水仙花的八氫番茄紅素合成酶基因、來自土壤細菌噬夏孢歐文氏菌的胡蘿蔔素去飽和酶基因。1999年，這個團隊把這生化合成過程的第一個酵素基因送入水稻，並且使胚乳中的受質轉化成八氫番茄紅素，結果證實了轉殖可行，稻米中果然製造出β−胡蘿蔔素。
轉殖工作由葉旭東博士等人執行，總共培養出500棵轉殖株。1999年，發表了這項結果，因水稻胚乳中累積有β−胡蘿蔔素而呈現金黃色，因此命名為黃金米。後來，葉博士告訴筆者：「1997年12月，我提議把所有基因以農桿菌一次送進，而非一次一個基因地雜交，波崔庫斯同意了，並在1998年完成。可惜那年11月，我離開實驗室到美國就職，溫室的稻米也漸趨成熟。隔年初，拜爾把顯示黃色米的照片寄給我，每個人都很興奮。再2個月後，我們回去慶祝波崔庫斯的退休與發表會。」
隨後他們把成果投稿於《自然》期刊，並說明其重要性。在科學發展上，黃金米的問世是一項非常重要的突破，在這之前，無人成功改變整個生合成的過程。另外，黃金米是第一個為拯救生命而研發成功的基因改造作物。但《自然》沒審查就退稿。美國密蘇里植物園主任雷文（Peter Raven，華盛頓大學教授，曾任我國科技顧問）邀請波崔庫斯參加當年的國際植物學大會，把文稿推薦給《科學》期刊，並在隔年（2000年）刊登。
稻葉會產生β−胡蘿蔔素以進行光合作用，但不進行光合作用的地方如胚乳就不會產生。使用基因工程使得米胚乳含有維生素Ａ的先驅物質「β−胡蘿蔔素」，食用後在人體內轉化成維生素Ａ，以稻米為主食者就可獲得維生素Ａ。
該團隊選擇轉殖的水稻品種是「臺北309」，原因是這個品種很容易進行基因轉殖與再生。這個品種是稉稻，在1950年代由我國農委會農試所的農業改良場育種，當時農試所還在臺北，因此命名為「臺北309」。
瑕不掩瑜
第一代黃金米因受批評β−胡蘿蔔素含量甚低，促使科學家加強研發，並以玉米的基因取代水仙花的基因，結果在2005年產生了「黃金米二號」，讓β−胡蘿蔔素的含量增加了23倍。2009年，《美國臨床營養學期刊》文章指出，以美國的成年人進行實驗，顯示「在人體中，從黃金米產生的β−胡蘿蔔素可有效地轉換成維生素Ａ」。美國營養學會也建議每日攝食小量（也許一杯）的黃金米，大概足以提供半數每天所需的維生素Ａ。
黃金米問世以來，屢遭各界質疑，例如有20位科學家公開質疑：「基改作物易於產生疏忽的與無法預測的多效性效應，餵食動物時會導致損傷健康的後果。更精確來說，我們最大顧慮的是，黃金米會過度產生β−胡蘿蔔素，但其效應從沒在動物上試驗過，然醫學文獻顯示，過多β−胡蘿蔔素產生的類維生素Ａ有毒又導致先天缺陷。」但是，事實上，全世界有許多營養食物如水果與蔬菜都含β−胡蘿蔔素，它們在食物中是維生素Ａ的安全來源。
2012年，《美國臨床營養學期刊》有文描述，塔夫茨（Tufts）大學人類營養研究中心的湯光文和中國疾病預防控制中心營養與食品安全所的蔭士安合作，受美國國家衛生研究院和美國農業部資助，實驗對象是68個6至8歲中國湖南省衡南縣江口鎮小學的健康學生。黃金米的安全性試驗已經在美國完成，這次實驗的目的在研究黃金米中的β−胡蘿蔔素在兒童體內的轉化率。
結論是：黃金米與維生素Ａ膠囊效果相當，每吃2.3公克黃金米，在血液中會產生1公克維生素Ａ，是菠菜轉化值的4倍，近乎理論最高值。但參與實驗的兒童及其家長並未被明確告知食用的米是基改米，因此實驗的過程違反學術道德。2013年，塔夫茨大學聲明，雖然研究數據通過驗證且並未發現健康及安全顧慮，但是研究本身並未完全遵循塔夫茨倫理審查委員會和聯邦政府的規定，主持研究的湯光文因而受到處分。
澄清其他問題
世界上第一次田間試驗種植的黃金米，於2004年9月在美國路易斯安那州州立大學收割。田間試驗提供了更精確的營養價值測量，也有助於攝食試驗；相較於溫室種植，田間的米多含4～5倍的β−胡蘿蔔素。為什麼黃金米技術在發明5年之後才開始在田裡種植？主因是黃金米的目標國家（即民眾缺乏維生素Ａ的國家）尚未建立合適的生物安全法規，而研發者不能在缺乏監管的國家進行田間實驗。但後來，有意願參與的包括孟加拉、中國、印度、印尼、南非、越南等16國，同意由位在菲律賓的國際水稻研究所協調後續工作。
反對者的另一質疑是，基改食物包含可引發過敏的新穎未知蛋白質。惟2006年，美國內布拉斯加大學的食物過敏資源與研究計畫顯示，黃金米新基因的蛋白質並不呈現過敏性質。
接著出現的質疑是，維生素Ａ的吸收需要脂肪，貧民哪來的脂肪？2013年，國際食物政策研究所的史坦因（Alexander Stein）博士澄清：為了維生素Ａ的生體可用率，體內需要的脂肪量約為一天5公克，而貧民應有足夠的量，如印度最窮的成人每天攝食脂肪量約35公克、馬爾地夫（Maldives）貧童則是22公克。因此，攝食黃金米並不需額外的脂肪。
專利事宜
黃金米另涉及了86項智慧財產權（70項專利、16項技術權利），分屬於32家大小研究單位或國際生技公司。為了免費把黃金米送給貧民，必須解決專利使用問題。經過兩年多的協商，各專利擁有者都同意人道使用，無條件供應黃金米的種子，讓發展中國家年收入少於1萬美金的農民免費種植。並於2001年，在馬尼拉舉行了撥交公用的儀式。
2001年，成立「黃金米人道委員會」，由波崔庫斯擔任主席，成員包括拜爾等，並邀請世界銀行、康乃爾大學、美國洛克斐勒基金會、國際稻米研究所等公民營機構團體代表組成。波崔庫斯曾因媒體質疑專利問題，而表明黃金米的研發需要解決許多技術細節，這些解答散在各項專利中，若無專利保護，這些相關技術將仍在保密中，無法廣為應用。因此，在現實上，專利仍有其必要。
法規問題
波崔庫斯指出，審核等的相關法規是黃金米計畫的一大障礙，原因是社會不了解基因科技，誤以為基改作物會導致健康、環保等問題，使得各式障礙層層高疊。他接過許多惡意電郵、威脅信件，有時會擔心自身的安危。如1988年，其服務的大學花費數百萬美金，建造了足以抵擋手榴彈的溫室，這應是全世界最高標準的防護。反對者另散布謠言，謂黃金米會導致禿頭與陽痿。2000年，美國《時代》雜誌把這項報導放在美國版，歐洲版則無，因恐引起更激烈的抗爭。
反對者常設想基改多可怕，但二十多年來，全球多少人攝食，相較於傳統育種食物，並無一額外的傷亡。由於反對者堅持各式有害的設想，使得眾多國家設立了嚴厲的重重關卡，極度昂貴（與不需要）的法規要求使得基改變得只有大公司才有財力研發上市，但反對者接著又抗爭大公司以基改牟利，因此基改就是「不對」。其實理性的做法應是評估利弊得失、成本效益，能夠雙贏才是上策。
波崔庫斯說，他們花10年（1980～1990年）開發基因導入水稻的技術；花9年（1990～1999年）研發維生素Ａ合成的途徑；花5年（1999～2004年）開發黃金米；然後發現法規障礙，濟世心願的達成簡直「遙遙無期」，若能縮短其時間，將可減少成千上萬人的失明和死亡。
反基改
歐盟的報告《2010年政府資助研究的十年摘要》指出，超過130個研究計畫、500個研究團隊都顯示，生技（尤其是基改）本身並不比傳統育種更具風險。二十多年來，相較於傳統食物，並無動物或人遭受基改食物傷害，反對者應是悲觀預測且誇大風險。
2013年，美國11位科學界領袖（包括2位諾貝爾獎得主、美國國家科學院前院長），投書《科學》期刊表示，非政府組織煽動反對基改科技，「若有明確的讓人憤怒的原因，就是綠色和平與其他非政府組織等一起反對黃金米」。
1995年，波崔庫斯要送樣本到菲律賓國際稻米研究中心，有些學生也是綠色和平成員，矇騙了助理而竊取樣本，隨即，綠色和平就穿防護裝與戴防毒面具，上電視批判他與基改。2012年，《新科學家》指出，綠色和平組織等反對黃金米者，似乎不計任何代價地阻擋基改；反基改者使用「不自然、入侵、汙染」等字眼，描述基改是貪婪公司強加於世界的科技。
綠色和平的威力甚大，就連世界衛生組織也戒慎，其食物與健康計畫主任克拉斯敦（David Clugstone）也不敢支持黃金米計畫；瑞士甚至要求暫停種植黃金米，讓農民可行銷其「無基改區」作物；波崔庫斯說這是科技的大挫敗，猶如退到「啟蒙時代」。
2008年4月22日（世界地球日），綠色和平創建者之一的摩爾（Patrick Moore）聲明，綠色和平領導者缺乏正規科學教育，又善用恐慌術以廣獲支持，因此他在1986年離開該組織。2012年他為文〈綠色和平組織的危害人類罪〉指出，綠色和平與其同夥多年來一直反對黃金米，又阻止田間試驗與推廣，反而宣稱有更好的辦法減輕維生素Ａ缺乏症，但並沒有救助數百萬受苦兒童的實際行動。
餘波盪漾
2013年8月8日，國際稻米研究所受到侵襲，約三到四百位菲律賓人到場抗議，破壞籬笆圍牆，踐踏與拔掉稻米，破壞了實驗田中的黃金米。破壞者分屬當地農民Masipag組織，一直反基改，曾與綠色和平合作阻擋基改作物。Masipag在其網站上公開聲明支持破壞黃金米的試驗，綠色和平東南亞的發言人也在媒體表態，支持銷毀菲律賓的黃金米。
全世界許多科學家立即連署指責這個破壞行動。以美國科學促進會前會長為首的一群科學家寫信給瑞典發展合作部長：「這破壞不只是攻擊造福人群的行為，也是攻擊科學（反對試驗的說辭是反科學的）。這從全球觀點更易了解，因為具影響力的環保團體號召世人反對現代植物育種。瑞典政府以經費資助破壞黃金米試驗的Masipag，實在不該。」
黃金米無法儘快救人，讓波崔庫斯深感遺憾。2013年，他表示：「計畫開始時，我五十多歲，現在即將八十歲了，我希望可以活到看見黃金米廣泛種植的時刻。」就因世界上一些人對基因科技的不了解，強力抗爭，使其無法造福人類，黃金米是個明顯的例子。
