人类基因双螺旋结构示意图 图片来源：昵图网
明胶在日常生活中，广泛应用于工业、医药、食品行业当中。人类基因看起来与明胶毫无关系，而科学家却利用基因工程，将它们变成一体。通过人工手段获得的人类胶原基因片段，搭上酶这趟顺风车，进入一种叫做“毕赤”的酵母，大量繁殖，成为人源明胶。
■本报记者 马佳
近日，一则消息在很多知名网络媒体中热炒，名为“科学家将利用人体DNA制成明胶食品”的新闻，标题惊悚，引发热议，人体DNA制成的明胶食品谁敢吃？《中国科学报》记者追踪溯源，找到了这条消息的最初来源。实际上这是发表在2011年5月的美国化学协会《农业与食品化学杂志》上的一篇论文，探讨一种新的生产明胶技术，利用经过改造的人类基因“注入”一种酵母，从而生长出经过基因改良的人源明胶。
人源明胶≠人体明胶
记者找到这项研究的团队负责人北京化工大学生命科学与技术学院教授陈劲春，但陈教授对于目前媒体过分的炒作表示十分无奈，拒绝了采访。
实际上，人源明胶技术的最基本原理就是基因重组技术。复旦大学生命科学院教授李瑶告诉《中国科学报》记者，基因重组技术已经是一种非常成熟的基因工程手段。最基本的原理就是，将需要重组的基因片段，通过克隆或者人工合成的方法获得，之后插入某种载体，比如酶。这就是一种基因的重组方式。为了繁殖目标产品，将重组基因在植入宿主进行繁殖。由于实验或者生产的目的不同，宿主也是有选择的，有些用酵母，也有可能使用某种细菌，比如大肠杆菌。
在人源明胶的实验中，需要重组的基因片段就是人源明胶基因，也就是人类自身产生胶原蛋白的基因，目前常用的是人类体内产生I型胶原蛋白基因的一种。载体是一种羟化酶基因，宿主是毕赤酵母。
虽然源自人类基因，但所生产出的重组人源明胶并非人体明胶。目前，世界其他国家已经有一些相关产品应用在制药领域。以色列以及美国各有一家公司。在以色列公司Prospec的官方资料中，记者看到，他们所使用的是I型胶原蛋白基因片段，并非直接取自人体，更不是直接从人体组织提炼。这种基因片段通过从基因序列上的克隆，甚至人工合成就可以直接得到。
简言之，就是通过人工手段获得的人类基因片段只需要坐上酶的顺风车，进入宿主毕赤酵母中去安营扎寨，进行大量的产品繁殖。
李瑶告诉《中国科学报》记者，基因重组技术在制药行业已经是非常成熟的。与自然界获得的材料的有限性和不稳定性相比，通过基因重组技术生产的产品，由于其具有可控性，在工厂中可以大规模的稳定生产。
传统明胶直接来源于动物组织
明胶在《中国药典》中的定义为动物的皮、骨、腱与韧带中的胶原经不完全酸水解、碱水解或酶降解后纯化得到的制品，或为上述不同明胶制品的混合物。明胶是浅黄色的胶质，主要成分为蛋白质。按用途可分为食用、药用、照相及工业四类。
中国日用化工协会明胶分会秘书长姚龙坤告诉《中国科学报》记者：“目前生产明胶的主要原料就是猪、牛的皮和骨，骨制的明胶多数用牛骨。目前还有一些地方在实验鱼皮明胶。在生产过程中，需要经酸或碱将皮或骨中的胶原水解，并在低温水中（通常为50至60摄氏度）溶胀形成凝胶。”
目前的大生产工艺经过长期的应用已经固定，现在已经没有太多变化。“通常不断有技术革新的主要是生产明胶的后工序，”姚龙坤说，“精炼、提纯、烘干等技术都在不断的创新。尤其是对于食用和药用的明胶。”
人类使用明胶的历史可以追溯到8000年前，中东地区的穴居人就已经可以从动物组织中提取黏胶。3000年后，古埃及人把这种黏胶和木质胶一起作为家具黏合剂。同时，当时的人类已经从中发现了明胶的食用性，冷却后凝固的动物提取物成为一种新的食品，也就是食用明胶的雏形。
从1845年，美国人首次发明了凝胶状点心并且获得了专利，食用明胶就开始在食品中占有一席之地。
姚龙坤告诉《中国科学报》记者，虽然明胶是纯度较高的蛋白质，含有85%～90%的蛋白质，0.3%～2%的矿物质，9%～12%的水分。但不论是食用还是医用明胶主要都是利用它的物理性质而非化学性质。食用明胶在食物中主要都是为了调理产品的效果，比如定型，改善食物的口感。
如今明胶大量使用在生产点心、棉花糖、糖果、冰激凌和其他食品。药用方面主要是胶囊，在药用的针剂当中也作为稳定剂使用。“目前，在医学方面，明胶也在用于代替血浆（即人造血浆）的制造中。”姚龙坤说。
人源明胶替代
传统明胶尚需时日
《中国科学报》记者在采访《农业与食品化学杂志》出版方美国化学协会科学联络负责人迈克尔·伍兹（Michael Woods）时，他说，在收到陈劲春的论文后，他们就第一时间发布了新闻，并表示，人源明胶很有可能替代每年生产的30万吨动物明胶，取代所有产品中使用的动物明胶，比如食品。
对人源明胶和动物明胶的优势及劣势，《中国科学报》记者在以色列公司Prospec的官方资料中了解到，传统的明胶生产工艺，生产出的动物胶中的蛋白由不同大小的多肽片段组成，并且呈现出不同的凝胶作用的性能，使其产生多变性。这些性质往往都取决于这些明胶是通过何种方式提取出来的。
而且目前应用在一些药物针剂和液体生物制剂中的明胶，必须通过额外的工艺进行提纯，防止明胶在最终的针剂或者生物制剂中发生不必要的凝胶作用。对于正在使用这种纯天然的明胶生产产品的厂商来说，这已经成为一个明显的挑战。
研究人员通过重组技术，生产出了纯度高、性质稳定的重组人源明胶，分为有凝胶作用和无凝胶作用两种。这种明胶的分子可以预订其特性，甚至可以精确到分子和蛋白多肽片段的重量，这样就可以适用于不同的产品，包括药品针剂等等。而其纯度可以一直稳定在99%。
此外，动物明胶还有一些问题，比如一些人对于动物蛋白的过敏，可能传播动物疾病，如疯牛病、口蹄疫等等。
尤其是在药用针剂中，美国已经有少数患者过敏的报告。在实验中，人源明胶则不会存在这个问题。
基于这些优势，生产方认为人源明胶可以在很大程度上替代动物胶，尤其是在药用方面。
不过，明胶协会秘书长姚龙坤告诉记者，在国内，还没有发生由于对明胶的动物蛋白成分发生过敏或其他不良反应的问题。
“而且在目前的生产工艺中，有疾病的动物原料是不会被用于生产明胶的。”他说，“人源明胶可能成为部分替代品，但是由于分子结构的一些区别，在一些产品中很难替代动物明胶的作用，比如，食品中添加的动物明胶对于口感的改善非常大，其他替代品目前还不能达到动物明胶的效果。”
《中国科学报》 (2012-11-24 第6版 新知)
