第33卷第3期 2003年9月
工业微生物
IndustrialMicrobiology
Vol.33No.3
Sept.2003
实质等同性原则和转基因食品的安全性评价
陈乃用
(中国科学院微生物研究所,北京100080)
摘 要 讨论转基因食品安全性评价中的一些热点话题:现代生物技术与传统育种比较,整体食物的动物毒性实验,实质等同性原则及其局限性,食品成分安全性评价,食品成分的预料外改变,抗生素抗性标记基因,过敏性问题,标签问题等。关键词:现代生物技术; 转基因(GM)食品安全性; 实质等同性原则 我们今天享用的传统食品都是人类在长期生存斗争中开发和创造的。我们知道,在现有的栽培植物中,含有抗营养素和毒性物质的不是少数。如豆类的凝集素,油菜籽的芥酸和芥子油苷,芹菜中的补骨脂素(psoralen),马铃薯的茄碱,番茄的番茄苷,以及胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶抑制剂,可干扰蛋白质消化,大豆的植酸,可与锌,镁,磷等矿物质结合等。通常,作物经过长期选育,毒性物质和抗营养素的水平很低。但也有时这类化合物的浓度已接近有毒或有药理学作用的水平。有些含毒性物质的食物(如木薯,豆类,苦杏仁)可以在加工后食用或限量食用。事实上任何一种食物都不存在绝对意义上的安全性。有长期食用历史的植物品种一般都公认为安全的,因为它不会有明显的急性毒性。
转基因食品是近年来新发展的食品,新食品中有些成分是传统食品中从来没有的。再者,现代遗传工程学还比较年青,谁也说不清这些遗传改变将来会产生什么结果。因此,各国对这类食品的检验要求比用传统方法培育生产的更加严格是完全必要的。在转基因食品安全性评价中,国际上普遍采用的是以实质等同性原则为依据的安全性评价方法。本文主要讨论实质等同性原则和转基因食品安全性评价中一些热点话题。
利用自然界存在的生物,还对植物和微生物的遗传材料进行化学或辐照诱变。这种“诱变育种”培育出的植物新品种已注册登记的不下1500种[1],这些新品种对人类健康都没有明显的有害作用。此外,通过组织培养,如体外受精,体细胞无性系变异和胚芽培养等技术培育的新品种也属于传统育种的范畴[1]。 “现代生物技术”包括体外DNA重组技术和将核酸直接注射入细胞和它们的细胞器,也就是将遗传材料从一个物种转移到另一个物种。重组DNA技术改变了植物、动物和微生物新品种的产生方式。现代生物技术可以将无关联的生物品种,包括植物、动物和
微生物中的遗传材料相互转移(并且可以指定要转移的基因),产生出新型的植物、动物和微生物。 现代生物技术,广义来说可以看作是传统育种技术边缘的延伸[2],但是用现代生物技术培育的新品种或遗传工程体(GMOs)和传统选择育种培育的品种差别很大。现代生物技术将其他生物界的基因转入植物,将病毒、细菌和非食物品种的外源基因,以及标记基因中的抗生素抗性基因等引入食用作物,都是传统育种技术无法实现的。这些基因和新的遗传结构结合,或通过病毒启动子连续高度表达,也有可能产生一系列未能预料的位置效应和重排[3]。这些由远距离转移基因产生的大量新蛋白质,在进入食物链以前当然是需要进行充分地安全性评价的。
1 现代生物技术与传统作物育种的比较
人类自远古以来就在进行着食品的遗传工程,先民们利用不同种的植物进行杂交,培育出具有亲本性状的最理想的新品种。近50年来,育种工作者不仅
作者简介:陈乃用(1927～),男,研究员。
2 整体食物的动物毒性实验
用整体食物进行动物毒性实验,评价转基因食品
是否可以安全食用,似乎是一种理想的方法。但是,经典的动物毒性实验,主要是针对新化学品,如药品,农药,和食品添加剂等设计的。在动物毒性实验中,每一种化学物质的实验用量,比人类可能的摄入量高很多倍,而转基因食品中新性状表达的蛋白质在整个食物中的浓度可能非常低,动物实验很难查出它的实际毒性。同时,长期给动物大量喂饲一种GM食品会造成动物的营养失衡并出现许多负面反应,难以对实验结果做出正确判断。例如,1998年苏格兰阿伯丁Rowett研究所的蛋白质生化学家ArpadPusztai在用
实质等同性概念是在1990年代早期形成的。在转基因食品发展的早期,各国的食品管理法规中还没有包括转基因食品。随着现代生物技术发展,转基因食品的安全性评价问题也就提上了日程。1990年第一届FAO/WHO生物技术食品安全性的
国际专家咨询会议认为,基于毒性分析的传统食品安全性评价,并不一定完全适合于生物技术产品,生物技术产品的安全性需根据其分子、生物学及化学性质来决定[2]。
1993年经济合作与发展组织(OECD)首次提出了实质等同性原则[7],这是由19个OECD国家大约60位专家花费两年多的时间共同讨论制定的。由于完整的食品很难应用传统的毒性试验进行测试,OECD认为,以实质等同性为基础的安全性评价,是说明现代生物技术生物生产的食品和食品成分安全性,最实际的方法。实质等同性原则的含意是“,在评价生物技术产生的新食品和食品成分的安全性时,现有的食品或食品来源生物可以作为比较的基础”。1996年FAO和WHO的专家咨询会议[8]建议“以实质等同性原则为依据的安全性评价,可以用于评价GM生物衍生的食品和食品成分的安全性”。会议将实质等同性分为以下三类:
(1)与传统食品和食品成分具有等同性:该食品与传统食品具有相同的安全性,无须做进一步的安全性分析;
(2)除某些特定差异外,与传统食品和食品成分具有等同性:进一步的安全分析应集中在特定的差异上,包括引入的遗传物质和基因产物及产生的其他物质;
(3)与传统食品和食品成分无实质等同性:应全面分析食品的营养成分和安全性。
转基因食品的安全性评价中,除了对亲本(宿主)作物、供体基因等‘开始材料’的安全性情况和转化过程,包括宿主植物转化后可能出现的意外性状的综合评价外,为了保证新作物和传统的对应物‘一样安全’还必须按照实质等同性原则,对转基因作物的表型和农艺学性状,成分,全面安全性,营养和饲养性等方面的等同性进行综合性评价,证明它们和传统对应物的安全性是等同的。自实质等同性原则发表以来,已有耐草甘膦大豆等50多种转基因作物相继通过以实质
转GNA基因马铃薯喂养小鼠的实验中,作出了GM马铃薯会阻碍小鼠生长和损害其免疫系统的结论,在当时英国媒体反对转基因作物的狂潮中,被捧为反GM运动的英雄[4]。英国皇家学会为此对该课题的
原始数据组织了同行评议。1999年5月宣布的结论是,该课题在实验设计、方法和结果分析都有严重缺陷,实验数据并不能得出上述结论[5]。
动物毒性实验在特定的情况下是一种重要的工具,但是否需要动物实验应按具体情况而定。我们今天消费的食品中只有极少数进行过毒性实验。有安全消费历史的食品一般就被认为是安全的。但是,许多食品如果摄入量太多,也可能会有负面效应。 根据多年动物实验的经验[6],食品科学家和营养学家建议,在GM食品的安全性评价中不必常规地使用整体食物的动物实验。用成分分析比较营养素和毒性物质的水平,评价食物的全面安全性,比用动物喂饲实验更有价值。国际食品生物技术理事会(IFBC)的专论(1990)中说,评价GM食品的安全
性,通常不建议采用整体食物喂饲实验,如果一定要进行整体食物喂饲实验,实验时间要短一些,以免产生混淆不清的因素如营养不平衡。美国、英国、加拿大等国也规定,整体食物的毒性实验一般不推荐为常规实验,有些管理规则中规定,在按个案评定时可以要求90天的喂饲实验。荷兰卫生委员会提议(1992)所有由基因工程引入新性状的食用作物,都
要预先进行90天的小鼠喂饲实验,然后再进行人的营养试验。
3 实质等同性原则及其局限性
3.1 实质等同性原则
等同性原则为依据的安全性评价[9]。3.2 实质等同性原则的争论
说明的,就是GM品种应该和相应的传统品种一样安全。安全性评价中详细比较检查的内容,包括营养,毒性和免疫学检验,以及生物化学和毒性实验等。如果在实质等同性评价过程中得出的结论是,由生物技术作物生产的食品、饲料或加工品的成分,除了引入的性状外,和传统的对应物的成分是等同
的,那么该引入性状(基因产物)的安全性就是直接评价的焦点,可能需要进行活体外和活体内试验。 实质等同性并不是绝对安全的测量结果,它只能证明GM食品并不比传统食品不安全,因为证明绝对安全是不切实际的。由于在比较时并没有顾及食品的所有成分,所以实质等同性只能保证那些可能和食品安全性有关的成分含量是等同的。实质等同性原则要求将GM食品和具有安全食用历史的,适当的对应食品进行比较。因此要求文献中有足够的分析数据,或可以从分析中得到数据供比较之用。实质等同性原则的基本限制是:要依赖对应物和对应物的现有资料,或可以分析得到的资料,而安全保证也是相对于具体对应物的成分分析。用实质等同性原则确定GM食品安全性的关键是选择对应物,适当的对应物必需有可靠的食用历史。当然,评价中即使确定为实质等同性,也不能说这个GM产品和它传统的对应物是相同的。
此外,由于‘实质等同性’是一种比较分析的过程,所以没有足够多的特性进行比较,就无法检测出一些不可预测的危害,而且对一些没有表现出短期毒性和安全性问题的食品,如果怀疑其可能存在隐患,或经长期食用后才表现出的危害,也无能为力。对此,需要加速制定新的国际性安全标准以弥补实质等同性原则的不足。
随着生物技术的发展,以后有的GM食品可能会找不到合适的传统对应物。这样,就不能用有安全食用历史的对应物来确定新食品的安全性了。由于没有对应物,也就无法用实质等同性评价食品的安全性。这种新食品和现有的食品没有实质上的等同性,但也不能说它一定是不安全的。今后必须发展测试食品安全性的评价新方法,特别是在免疫毒理学,消化道毒理学,分子生物学,和植物生理学等领域。
1999年Millstone等[10]在‘NATURE’杂志上发表评论文章,批评实质等同性原则是假科学,不适合用于评价食品的安全性。他们认为,实质等同性概念的定义一直就不明确,天然食品和相应GM食品之间,究竟差别到什么程度就不被认为是‘等同的’,并没有任何明确的界限,也没有合法的准确定义。他们还认为,科学家现在还不能从GM食品的化学成分,可靠地推测出生物化学或毒物学作用。遗传学和化学成分与毒性风险之间的关系也不完全清楚。因此,现在各国以实质等同性原则为依据的转基因食品批准制度不符合严格的科学准绳和公众的信任[11]。 荷兰政府认为实质等同性原则的概念模糊,它仅能说明转基因食品和自然物种相似,但不足以证明它对人类消费的安全性。荷兰政府组织说过“成分分析法…作为筛选意外效应的方法…是有一定局限性的…特别是那些未知的抗营养素和天然毒素”,需要探索其他替代方法[10]。
许多学者批驳了Millstone等的观点[11～13]。2000年6月在FAO和WHO联合召开的转基因植
物食品安全性问题的专家咨询会议上,重点讨论了实质等同性原则及其在安全性评价中应用,专家们认为,实质等同性原则仍然是评价生物技术生产的
作物和食品安全性的最适当的基础(FAO/WHO,2000)
[9]
。实质等同性可以确保未申报过或未预料
到的营养改变、抗营养素、毒素或过敏原,没有被引入到食品或饲料中。此外,在取样成分分析和对食品、饲料或GM作物加工产品和传统作物的比较中,对遗传插入产生的意外效应进行了深入评价,结合针对引入特性的特异性安全评价,可以保证食品、饲料或用GM作物加工的产品和传统的对应物是一样安全的。
3.3 实质等同性的原则和局限性
实质等同性是一个指导原则,并不是代替安全性评价。它是从事和管理安全性评价的科学家的有用工具[9]。在评价新食品、饲料或加工部分的安全性时,为鉴定中提出的问题,提供帮助指导,并不是评价的终结。在安全性评价中,实质等同性所强调
4 食品成分的安全性评价
每一种传统食品都含有上千种天然成分,大多
数成分是安全的,许多还没有鉴定过。单独评价食品中的每一种成分实际上不可能,似乎也是没有必要的。目前的食品成分分析,就是对特别有意义的特定物质进行专门的测试,例如重要的营养,抗营养素或可能的毒性物质,如果它们的含量水平发生变化,也要评价它的影响。
新食品或由GM作物产生的食品,一般没有安全食用的历史,这就需要用科学的方法进行评价。GM食品安全性评价中最需要注意的是毒性,过敏
公司[15]还按照实质等同性原则和美国FDA的规
定,对耐草甘膦大豆(GTS402322系)进行了安全性评价。评价内容主要针对大豆成分的营养素和抗营养素,以及引入的耐草甘膦的CP4EPSPS蛋白质(52烯醇2丙酮酰莽草酸232磷酸合成酶)。分析样品采自10个不同地区田块,成分分析超过1400项,包括大量营养物(蛋白质,脂肪,纤维,灰分,碳水化合物,热量和水分),脂肪酸和氨基酸。因为EPSPS蛋白质参与芳族氨基酸生物合成途径的一个反应,因此对芳族氨基酸(苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸)给于特别关注。分析项目还有抗营养素,包括胰蛋白酶抑制剂,凝集素,植物雌激素(三羟基异黄酮和黄豆苷[异黄酮苷]),水苏四糖,蜜三糖和植酸(肌醇六磷酸)。由于大豆中的胰蛋白酶抑制剂,具有抗营养素作用,不可生吃,安全性评价中也作了加工实验。分析数据表明,产物中这些营养素和抗营养素,以及加工对这些抗营养素成分的失活等方面,都和亲本大豆在实质上是等同的。此外,GTS中的过敏原的组成和水平也和亲本没有显著区别。
GTS中引入的耐草甘膦的细菌基因,表达一种对草甘膦不敏感的,类似天然植物的酶,52烯醇2丙酮酰莽草酸232磷酸合成酶(CP4EPSPS)。CP4EP2SPS在GTS中的表达水平很低,在大豆种子蛋白质
性,不利的营养改变,以及和抗生素抗性基因有关的问题等。经典的方法可以用于评价引入食品中的特定蛋白质的毒性,但是不适合用于评价复杂的食物整体。将GM食品和具有安全食用历史的,适当的对应食品进行对比评价,是一种比较实际可行的办法。各国对新食品综合性安全评价的程序和内容都有严格的规定[1]。
1994年美国食品及药物管理局(FDA)首次批准Calgene公司研制的FlavrSavr延熟番茄[14]商业化。
这项研究巧妙地利用反义DNA逆转了番茄中产生聚半乳糖醛酸酶的基因。(聚半乳糖醛酸酶能降解果胶使果实变软)。这样不仅能延长番茄在植株上的成熟期,改进果实风味,还便于新鲜番茄的运输和延长保存期。番茄成分分析证明,这种转基因番茄的正常营养成分(维生素A,C,Bs,镁,钙,磷等)没有改变,毒性物质(番茄苷,茄碱)没有增加。Calgene公司委托国际研究和发展公司(IRCC)进行了三个28天强饲法动物毒性实验,监测项目包括食物消费,体重增加,器官重量,血液学和临床化学,以及用组织病理学分析评价对器官系统的直接毒性。这三个实验中,所有与毒性有关的主要指标,在转基因番茄组和对照组的结果没有区别。组织病理学分析结果中出现的组织异常,在转基因测试组和对照组也没有区别。1994年FDA完成了FlavrSavr延熟番茄、和用作选择标记的
总量中不到0.1%。CP4EPSPS的氨基酸序列和已知的蛋白质毒素及过敏原没有同源性。动物实验中用了由重组大肠杆菌产生提纯的CP4EPSPS,进行上千倍剂量的强饲法小鼠急性毒性实验,证明引入的EPSPS是无毒性的,这种蛋白质在模拟消化液的条件下很快降解。加工可以破坏产品中的这种蛋白质。市场销售的任何GM食品中的EPSPS都是没有活性的,因此是安全的。GM大豆获准上市销售已6～7年,没有任何不良反应的报道[11]。
用转基因饲料喂养家畜,在动物产品(奶,猪肉,鸡肉,牛肉,和蛋)中,用高精密度测试方法,没有检测到转基因成分,包括GTS的CP4EPSPS,和转基因Bt玉米的Bt基因和基因产物[1]。
通过以上的成分分析可以确定这些转基因作物和亲本作物的主要营养和抗营养素,在实质上是等同的,是可以安全食用的。但是由于食品成分的复杂性,在比较时并没能顾及所有的成分。另有一些
卡那霉素抗性基因(nptII)及编码的NPT2II蛋白的评价。批准NPT2II可作为一种添加剂,可以安全用于番茄、油菜和棉花新品种。食品中的NPT2II蛋白在肠胃中很快降解,不会影响口服卡那霉素或新霉素的治疗效果。
耐除草剂草甘膦的转基因大豆(GTS)是1996年获准商业化的。经过3年的田间实验,Monsanto
变化也实难预料,如1999年英国作物保护会议报道[11],耐草甘膦大豆,由于木质素含量变化,耐热性降低,不适合在气候热的地方生长。正是由于这些局限性,以实质等同性为基础的评价方法还是不断地受到质疑。
有关食品成分自然变异的数据,需要国际协调一致,这是最重要的。因为自然变异十分广泛,需要有大量的参考数据。环境条件对作物成分的影响也不可忽略,无论是GM作物或非GM作物的成分,都会因品种,环境,气候,病虫害以及农业操作不同而变化。
源的,含有病毒启动子的转基因出现了基因沉默。 在GM食品的安全性研究中,我们主要关心的是遗传修饰可能提高天然毒物的水平,还要推测新基因的插入可能激活沉默的,产生毒素和抗营养素的途径。现有的分析方法,可以分析代谢产物浓度的变化,和单一成分的特异性分析。但是单一成分分析只能揭示预期的或偶然发生的效应,许多不确定因素仍然得不到解答。插入基因在受体生物遗传背景中的全部表现,目前还无法完全确定。
现在发展的最新分析方法,如微阵列(micro2ar2rays)DNA/RNA技术,和在基因组水平进行DNA
5 食品成分的预料外改变
传统育种包括远缘杂交和各种突变(例如,缺失,重复,插入,倒位,易位,跳跃基因,甚至非整倍
性,多倍性;以及调节基因的突变等),通常会发生预料外抑制或提高某些基因的表达。这是作物育种中的一种普遍现象。著名的例子在许多作物如马铃薯,大麦中都有。例如,1967年美国培育的马铃薯“勒纳佩(Lenape)”变种,它的固体含量高,适合用于炸土豆片,后来发现它含有的一种毒性物质,茄碱的含量太高,1970年从市场中淘汰[9]。在传统育种中,栽培植物产生过巨大改变,但用现代生化知识评价过的却很少[1]。育种学家通常是通过选择得到最好的品系,不理想的子代或毒物水平增加的,有时就简单地淘汰掉。
现代生物技术的遗传修饰和基因整合中,转化基因在染色体上整合的位置不同,也会发生各种意外效应。在植物遗传修饰中大多数的DNA是随机插入的,并产生预料外的基因表达[1]:第一,外源DNA插入在宿主基因的编码区内,产生缩短或杂种
序列和基因表达分析的基因组学(genomics),和蛋
白质表达分析的蛋白质学(proteomics),以及在代谢途径水平剖析次级代谢产物的代谢产物学(metabolomics),筛查GM生物的生理变化,可以在较高的整体水平,检查出产生的意外效应。这些技术结合起来,可以为GM食用作物代谢中发生变化的性质和范围,提供详细的资料(与毒物学有关或无关)。必要时,可以用这些分析方法指导以后的毒物学研究。采用这些技术将有助于取得清晰度高,不确定程度少的GM生物,在食品安全方面为消费者提供更完善的答案。不过,这些技术目前还处于研究的初期阶段,要在常规安全性评价中使用,可能还需要一段路程。现阶段,过去的那些行之有效的经典方法,还是继续要采用的主要方法。可以说,用现代科学方法发展和测试的GM作物,已经达到了很高水平的安全性保证。
6 抗生素抗性标记基因
转基因植物基因组中插入的外源基因通常连接了标记基因,用于帮助转化子的选择。常用的标记基因有抗除草剂基因和细菌来源的抗生素抗性基因,如卡那霉素抗性基因等。在安全性检查中需要考虑的,包括抗生素抗性标记基因在人和农场动物肠道中转移,以及在土壤中向微生物的潜在水平转移及其后果。美国FDA食品顾问委员会(1994)的结论是,番茄中的卡那霉素抗性nptII基因极不可能在消化道中转移到微生物,不会引起安全性问题。欧盟委员会的食品科学委员会(SCF)和动物营养委员会(SCAN)也认为使用氨卞青霉素抗性基因不会引起安全性问
基因产物,它的功能发生改变、削弱、或丧失;第二,插入在基因的调节区内,改变基因的表达类型;第三,外源基因可能影响一个调节蛋白的基因,从而影响到其他基因。另一个问题是植物代谢作用,可能由于适应外源基因的表达而发生改变。 花椰菜花叶病毒35S启动子(CaMV35S)是强的组成型启动子,许多转基因植物使用了CaMV35S启动子。Al2Kaff等(1998[16],2000[17])报道,在作物受病毒感染后,当病毒和转基因启动子是同
题[9]。抵抗某些抗生素(如卡那霉素或氨卞青霉素)的细菌在环境和人肠道内是常见的,在摄取新鲜食物时,也能得到大量天然的抗性细菌。GM品种中的抗性标记比天然抗性细菌的危险要小得多[1]。 综合自然界的各种因素,GM植物和细菌间的DNA体内基因转移的可能性极小,但也不是绝对不
时主要应考虑的事项可归纳如下[9]:
(1)亲本作物和基因来源的历史。(基因来源有致敏性吗?)
(2)序列同源性:氨基酸序列和任何已知过敏原相似吗?现在已经知道许多过敏原的氨基酸序列。最近已有从氨基酸序列推测蛋白质立体结构的软件。应用FASTA或BLAST可以搜索引入蛋白质和已知过敏原的同源性,核对任何8个或更多相邻氨基酸和已知过敏原相同的片段,鉴定出可能代表过敏性抗原决定基的短片段。
(3)新引入蛋白质的免疫反应性:如果新引入蛋白的氨基酸序列中有的序列和已知过敏原有同源性,就要测定这个新蛋白质和适当过敏个体血清IgE的反应性(这类蛋白质不大可能再进展下去)。 (4)pH和/或消化的作用:大多数过敏原都能抵抗胃酸和消化酶,如胃蛋白酶,而普通植物蛋白质和引入的蛋白质是容易被消化的。
(5)对热和加工的稳定性:食物中不稳定的过敏原,在食用前煮熟或进行其他加工,关系就比较小。 (6)引入蛋白质的表达水平是重要的:主要食物过敏原一般为植物蛋白质总量的>1%。 其他参数,如蛋白质功能性,分子量(10240kDa),和糖基化等也是可能要考虑的因素。 已知过敏原的检测是比较容易的,例如,上述转基因大豆中引入的巴西坚果蛋白,当巴西坚果的基因插入大豆,用普通测试已知过敏反应的方法,就能测出巴西坚果的过敏原已经转入大豆。但是如果是一种新的可能的过敏原,用现有的标准测试方法,就很难肯定或否定它的过敏性。例如,由Aventis公司投放市场的StarLink转基因Bt玉米中,含有的Cry9C杀虫蛋白就是这种情况。这种StarLink品牌
可能。deVries和Wackernagel(1998)[18]就报道过,在理想化的实验室条件下,来自GM植物的DNA可以低频率地转化到土壤中常见的细菌中。
欧盟出版的指令(Directive,2001/18/EC)公告说[9],GMOs中可能对健康有不利的作用的抗生素抗性标记,必须逐步淘汰,根据第C部分批准的GMOs必须在2004年12月31日前逐步淘汰,根据
第B部分权威认可的GMOs必须在2008年12月31日前逐步淘汰。不属于临床和兽医使用的抗生
素抗性标记,仍然可以使用。新发展的替代方法必须不再产生其他与安全性有关问题[9]。
当前,培育无抗性标记基因的转基因植物已成为基因工程育种的重要目标[19]。近几年,转基因植物中抗性标记基因的剔除技术,已取得突破性进展。目前有应用前景的安全标记基因主要包括化合物解毒酶基因和糖类代谢酶基因等。
7 过敏性问题评价
已知的过敏食物有160多种,包括花生,大豆,奶,蛋,鱼,甲壳类,小麦和坚果等。现代生物技术和经典育种法都有可能将过敏原引入食品。现代生物技术中最典型的例子就是1996年PioneerHi2Bred国际公司为提高动物饲料的蛋白质含量,在实验中将巴西坚果的一个基因引入大豆。在研究阶段发现引入的巴西坚果蛋白,能够和巴西坚果敏感个体的血清起反应,这项大豆发展就此中止[9]。
在评价新食品的安全性时,必须包括蛋白质的潜在过敏性,以确保新作物或其衍生的食品的安全性。2001年FAO/WHO专家咨询会议又提出了新的评价GM食品过敏性的树状决策法,但其中有些参数的科
的转基因Bt玉米在美国只获准用于饲料和酿造工业,没有批准用于食品[21]。
转基因Bt玉米,就是在玉米中插入产生苏芸金芽孢杆菌(Bt)杀虫毒素蛋白的Bt基因。Bt杀虫晶体蛋白如Cry21A等,一般在胃酸中很快降解,对人无毒[9],但对害虫,如玉米螟等有毒。但是有的Bt杀虫蛋白,如Cry9C是耐热、比较耐酸和不能消化的,对胰蛋白酶的半衰期为8小时[21],分子量10270
学定义还有争议。FAO/WHO承认新的树状决策法不够完善,还不能用于评价所有的食品[9,20]。由于目前还没有准确预测食物过敏性的有效模型。有些动物模型正在研发中。当前,在评价蛋白质潜在过敏性
kDa,很可能是一种糖蛋白。小鼠在通过腹膜内和
基因食品的知情权和自由选择权,欧盟、日本、韩国、瑞士、澳大利亚、新西兰、巴西、俄罗斯等国都先后颁布了转基因食品标识的法令[24]。美国和加拿大对转基因食品的标签问题没有硬性规定。过去,美国FDA是反对在GM食品上使用标签的,理由之一是
口服Cry9C后,能引起一种IgE反应,血流中可以找到完整的Cry9C,这些性质符合潜在过敏原的条件[22]。不过Cry9C的氨基酸序列和已知过敏原没有同源性[22]。
2000年9月美国一家独立测试公司GeneticID,在美国食品店销售的卡夫(Kraft)玉米面小薄饼(TacoBelltacoshells)中发现未获准用于食品的StarLink转基因Bt玉米成分。大约一周后,FDA核
担心标签给GM食品打上生物技术产品的烙印,会迷惑或误导消费者,把购物者吓跑[25]。但是迫于世界各国纷纷颁布的标签法和美国民众的关心,2000年5月美国政府宣布对GM食品管理条例进行一系列修改[26],在标签问题上也有一些松动,FDA将要(非强制性)在GM食品上贴标签,求生产商‘自愿’
实了GeneticID的测试结果,并于10月4日发布对tacoshells的二级正式回收令[21]。Aventis公司也
主动停止销售StarLink玉米。以后又在300多种食用玉米产品中发现StarLink玉米成分,主要是无意中和非StarLink玉米混杂所致
[22]
也允许不含GM生物的食品用标签说明。这些改变虽然得到美国农业和产业组织的欢迎,但也遭到大多数环境组织的抵制。
我国从2002年3月20日开始实施《农业转基因生物标识管理办法》,要求包括转基因食品在内的所有转基因农产品,今后必须按规定加贴标识,否则不得销售或进口。但据2002年12月5日北京晨报报道[27]在我国销售的“雀巢”食品中,有6种含有大豆转基因成分,在3月20日我国实施转基因标识规定后,雀巢公司仍在北京等地销售未标识的转基因产品,实在令人遗憾。现在我国的转基因产品速检试剂盒已经通过专家鉴定,这批试剂盒是依据国家质检系统已建立的大豆、玉米、马铃薯、油菜籽、烟草、棉花等9种转基因产品的行业检测标准研发的,已经可以使用。
致谢:中国食品发酵工业科学研究所王薇青教授对本文提供了宝贵意见和帮助,谨此深表谢忱。
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。Aventis公司被
勒令回收的StarLink玉米和产品估计价值数亿美元。关于Cry9C蛋白可能引发过敏反应问题,各方还有不同的看法,Aventis公司在2000年10月底向
美国环保署(EPA)提交的StarLink转基因玉米安全性最新评价报告中提出,消费者吃了这种食品,即使是最坏情况,也要比敏感个体产生过敏反应所需的量低几千倍。Aventis公司要求EPA暂时给于Star2Link玉米用于食品四年的临时批准[23]。由于Cry9C蛋白的过敏原性质尚无法定论,EPA最后还
是判定Cry9C有‘中等可能性’,是一种过敏原,但是,已接触玉米的人群中出现过敏性的‘可能性低’。然而,这起在食品中混入未获准转基因成分的StarLink事件,已挫伤了公众对美国食品安全管理系统的信任。为了避免以后再发生类似Star2Link的纠葛,2001年12月EPA,NIH和FDA联合
[22]
召开GM食品过敏性测试和管理规程讨论会
[20]
,会
议规划制定了范围广泛的研究项目,帮助发展可靠的过敏性测试方案,但是要完全解决上述问题尚需时日。
8 标签问题
转基因食品问世已经很多年,国内外尚未发现一例转基因食品对人体有害的报道,应该是可以放心食用的。但是由于转基因食品中含有用现代生物技术转移来的外源基因,目前的安全检测方法还不能完全排除所有的潜在风险。为了维护消费者对转
第3期
陈乃用:实质等同性原则和转基因食品的安全性评价
Science,1998,279:2113-2115..
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Substantialequivalenceprincipleandtransgenicfoodsafetyevaluation
CHENNai2yong
(TheInstituteofMicrobiology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080)
Abstract SomeinterestingtopicsaroundsubstantialequivalenceprincipleandsafetyevaluationofGMfoodweredis2cussed.Thesetopicsare:Comparisonofclassicalandmodernbiotechnology;Toxicologicalstudiesonwholefoodinani2malfeedingstudies;Principleofsubstantialequivalenceanditslimitations;Safetyevaluationoffoodcomponents;Unex2pectedchangesinfoodcomposition;Antibioticresistancemarkergenes;Allergenicityevaluation;andRegulationsforla2belingofGMfoods.
Keywords modernbiotechnology;safetyofgeneticallymodified(GM)foodsortransgenicfoods;principleofsubstan2tialequivalence
第33卷第3期 2003年9月
工业微生物
IndustrialMicrobiology
Vol.33No.3
Sept.2003
实质等同性原则和转基因食品的安全性评价
陈乃用
(中国科学院微生物研究所,北京100080)
摘 要 讨论转基因食品安全性评价中的一些热点话题:现代生物技术与传统育种比较,整体食物的动物毒性实验,实质等同性原则及其局限性,食品成分安全性评价,食品成分的预料外改变,抗生素抗性标记基因,过敏性问题,标签问题等。关键词:现代生物技术; 转基因(GM)食品安全性; 实质等同性原则 我们今天享用的传统食品都是人类在长期生存斗争中开发和创造的。我们知道,在现有的栽培植物中,含有抗营养素和毒性物质的不是少数。如豆类的凝集素,油菜籽的芥酸和芥子油苷,芹菜中的补骨脂素(psoralen),马铃薯的茄碱,番茄的番茄苷,以及胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶抑制剂,可干扰蛋白质消化,大豆的植酸,可与锌,镁,磷等矿物质结合等。通常,作物经过长期选育,毒性物质和抗营养素的水平很低。但也有时这类化合物的浓度已接近有毒或有药理学作用的水平。有些含毒性物质的食物(如木薯,豆类,苦杏仁)可以在加工后食用或限量食用。事实上任何一种食物都不存在绝对意义上的安全性。有长期食用历史的植物品种一般都公认为安全的,因为它不会有明显的急性毒性。
转基因食品是近年来新发展的食品,新食品中有些成分是传统食品中从来没有的。再者,现代遗传工程学还比较年青,谁也说不清这些遗传改变将来会产生什么结果。因此,各国对这类食品的检验要求比用传统方法培育生产的更加严格是完全必要的。在转基因食品安全性评价中,国际上普遍采用的是以实质等同性原则为依据的安全性评价方法。本文主要讨论实质等同性原则和转基因食品安全性评价中一些热点话题。
利用自然界存在的生物,还对植物和微生物的遗传材料进行化学或辐照诱变。这种“诱变育种”培育出的植物新品种已注册登记的不下1500种[1],这些新品种对人类健康都没有明显的有害作用。此外,通过组织培养,如体外受精,体细胞无性系变异和胚芽培养等技术培育的新品种也属于传统育种的范畴[1]。 “现代生物技术”包括体外DNA重组技术和将核酸直接注射入细胞和它们的细胞器,也就是将遗传材料从一个物种转移到另一个物种。重组DNA技术改变了植物、动物和微生物新品种的产生方式。现代生物技术可以将无关联的生物品种,包括植物、动物和
微生物中的遗传材料相互转移(并且可以指定要转移的基因),产生出新型的植物、动物和微生物。 现代生物技术,广义来说可以看作是传统育种技术边缘的延伸[2],但是用现代生物技术培育的新品种或遗传工程体(GMOs)和传统选择育种培育的品种差别很大。现代生物技术将其他生物界的基因转入植物,将病毒、细菌和非食物品种的外源基因,以及标记基因中的抗生素抗性基因等引入食用作物,都是传统育种技术无法实现的。这些基因和新的遗传结构结合,或通过病毒启动子连续高度表达,也有可能产生一系列未能预料的位置效应和重排[3]。这些由远距离转移基因产生的大量新蛋白质,在进入食物链以前当然是需要进行充分地安全性评价的。
1 现代生物技术与传统作物育种的比较
人类自远古以来就在进行着食品的遗传工程,先民们利用不同种的植物进行杂交,培育出具有亲本性状的最理想的新品种。近50年来,育种工作者不仅
作者简介:陈乃用(1927～),男,研究员。
2 整体食物的动物毒性实验
用整体食物进行动物毒性实验,评价转基因食品
是否可以安全食用,似乎是一种理想的方法。但是,经典的动物毒性实验,主要是针对新化学品,如药品,农药,和食品添加剂等设计的。在动物毒性实验中,每一种化学物质的实验用量,比人类可能的摄入量高很多倍,而转基因食品中新性状表达的蛋白质在整个食物中的浓度可能非常低,动物实验很难查出它的实际毒性。同时,长期给动物大量喂饲一种GM食品会造成动物的营养失衡并出现许多负面反应,难以对实验结果做出正确判断。例如,1998年苏格兰阿伯丁Rowett研究所的蛋白质生化学家ArpadPusztai在用
实质等同性概念是在1990年代早期形成的。在转基因食品发展的早期,各国的食品管理法规中还没有包括转基因食品。随着现代生物技术发展,转基因食品的安全性评价问题也就提上了日程。1990年第一届FAO/WHO生物技术食品安全性的
国际专家咨询会议认为,基于毒性分析的传统食品安全性评价,并不一定完全适合于生物技术产品,生物技术产品的安全性需根据其分子、生物学及化学性质来决定[2]。
1993年经济合作与发展组织(OECD)首次提出了实质等同性原则[7],这是由19个OECD国家大约60位专家花费两年多的时间共同讨论制定的。由于完整的食品很难应用传统的毒性试验进行测试,OECD认为,以实质等同性为基础的安全性评价,是说明现代生物技术生物生产的食品和食品成分安全性,最实际的方法。实质等同性原则的含意是“,在评价生物技术产生的新食品和食品成分的安全性时,现有的食品或食品来源生物可以作为比较的基础”。1996年FAO和WHO的专家咨询会议[8]建议“以实质等同性原则为依据的安全性评价,可以用于评价GM生物衍生的食品和食品成分的安全性”。会议将实质等同性分为以下三类:
(1)与传统食品和食品成分具有等同性:该食品与传统食品具有相同的安全性,无须做进一步的安全性分析;
(2)除某些特定差异外,与传统食品和食品成分具有等同性:进一步的安全分析应集中在特定的差异上,包括引入的遗传物质和基因产物及产生的其他物质;
(3)与传统食品和食品成分无实质等同性:应全面分析食品的营养成分和安全性。
转基因食品的安全性评价中,除了对亲本(宿主)作物、供体基因等‘开始材料’的安全性情况和转化过程,包括宿主植物转化后可能出现的意外性状的综合评价外,为了保证新作物和传统的对应物‘一样安全’还必须按照实质等同性原则,对转基因作物的表型和农艺学性状,成分,全面安全性,营养和饲养性等方面的等同性进行综合性评价,证明它们和传统对应物的安全性是等同的。自实质等同性原则发表以来,已有耐草甘膦大豆等50多种转基因作物相继通过以实质
转GNA基因马铃薯喂养小鼠的实验中,作出了GM马铃薯会阻碍小鼠生长和损害其免疫系统的结论,在当时英国媒体反对转基因作物的狂潮中,被捧为反GM运动的英雄[4]。英国皇家学会为此对该课题的
原始数据组织了同行评议。1999年5月宣布的结论是,该课题在实验设计、方法和结果分析都有严重缺陷,实验数据并不能得出上述结论[5]。
动物毒性实验在特定的情况下是一种重要的工具,但是否需要动物实验应按具体情况而定。我们今天消费的食品中只有极少数进行过毒性实验。有安全消费历史的食品一般就被认为是安全的。但是,许多食品如果摄入量太多,也可能会有负面效应。 根据多年动物实验的经验[6],食品科学家和营养学家建议,在GM食品的安全性评价中不必常规地使用整体食物的动物实验。用成分分析比较营养素和毒性物质的水平,评价食物的全面安全性,比用动物喂饲实验更有价值。国际食品生物技术理事会(IFBC)的专论(1990)中说,评价GM食品的安全
性,通常不建议采用整体食物喂饲实验,如果一定要进行整体食物喂饲实验,实验时间要短一些,以免产生混淆不清的因素如营养不平衡。美国、英国、加拿大等国也规定,整体食物的毒性实验一般不推荐为常规实验,有些管理规则中规定,在按个案评定时可以要求90天的喂饲实验。荷兰卫生委员会提议(1992)所有由基因工程引入新性状的食用作物,都
要预先进行90天的小鼠喂饲实验,然后再进行人的营养试验。
3 实质等同性原则及其局限性
3.1 实质等同性原则
等同性原则为依据的安全性评价[9]。3.2 实质等同性原则的争论
说明的,就是GM品种应该和相应的传统品种一样安全。安全性评价中详细比较检查的内容,包括营养,毒性和免疫学检验,以及生物化学和毒性实验等。如果在实质等同性评价过程中得出的结论是,由生物技术作物生产的食品、饲料或加工品的成分,除了引入的性状外,和传统的对应物的成分是等同
的,那么该引入性状(基因产物)的安全性就是直接评价的焦点,可能需要进行活体外和活体内试验。 实质等同性并不是绝对安全的测量结果,它只能证明GM食品并不比传统食品不安全,因为证明绝对安全是不切实际的。由于在比较时并没有顾及食品的所有成分,所以实质等同性只能保证那些可能和食品安全性有关的成分含量是等同的。实质等同性原则要求将GM食品和具有安全食用历史的,适当的对应食品进行比较。因此要求文献中有足够的分析数据,或可以从分析中得到数据供比较之用。实质等同性原则的基本限制是:要依赖对应物和对应物的现有资料,或可以分析得到的资料,而安全保证也是相对于具体对应物的成分分析。用实质等同性原则确定GM食品安全性的关键是选择对应物,适当的对应物必需有可靠的食用历史。当然,评价中即使确定为实质等同性,也不能说这个GM产品和它传统的对应物是相同的。
此外,由于‘实质等同性’是一种比较分析的过程,所以没有足够多的特性进行比较,就无法检测出一些不可预测的危害,而且对一些没有表现出短期毒性和安全性问题的食品,如果怀疑其可能存在隐患,或经长期食用后才表现出的危害,也无能为力。对此,需要加速制定新的国际性安全标准以弥补实质等同性原则的不足。
随着生物技术的发展,以后有的GM食品可能会找不到合适的传统对应物。这样,就不能用有安全食用历史的对应物来确定新食品的安全性了。由于没有对应物,也就无法用实质等同性评价食品的安全性。这种新食品和现有的食品没有实质上的等同性,但也不能说它一定是不安全的。今后必须发展测试食品安全性的评价新方法,特别是在免疫毒理学,消化道毒理学,分子生物学,和植物生理学等领域。
1999年Millstone等[10]在‘NATURE’杂志上发表评论文章,批评实质等同性原则是假科学,不适合用于评价食品的安全性。他们认为,实质等同性概念的定义一直就不明确,天然食品和相应GM食品之间,究竟差别到什么程度就不被认为是‘等同的’,并没有任何明确的界限,也没有合法的准确定义。他们还认为,科学家现在还不能从GM食品的化学成分,可靠地推测出生物化学或毒物学作用。遗传学和化学成分与毒性风险之间的关系也不完全清楚。因此,现在各国以实质等同性原则为依据的转基因食品批准制度不符合严格的科学准绳和公众的信任[11]。 荷兰政府认为实质等同性原则的概念模糊,它仅能说明转基因食品和自然物种相似,但不足以证明它对人类消费的安全性。荷兰政府组织说过“成分分析法…作为筛选意外效应的方法…是有一定局限性的…特别是那些未知的抗营养素和天然毒素”,需要探索其他替代方法[10]。
许多学者批驳了Millstone等的观点[11～13]。2000年6月在FAO和WHO联合召开的转基因植
物食品安全性问题的专家咨询会议上,重点讨论了实质等同性原则及其在安全性评价中应用,专家们认为,实质等同性原则仍然是评价生物技术生产的
作物和食品安全性的最适当的基础(FAO/WHO,2000)
[9]
。实质等同性可以确保未申报过或未预料
到的营养改变、抗营养素、毒素或过敏原,没有被引入到食品或饲料中。此外,在取样成分分析和对食品、饲料或GM作物加工产品和传统作物的比较中,对遗传插入产生的意外效应进行了深入评价,结合针对引入特性的特异性安全评价,可以保证食品、饲料或用GM作物加工的产品和传统的对应物是一样安全的。
3.3 实质等同性的原则和局限性
实质等同性是一个指导原则,并不是代替安全性评价。它是从事和管理安全性评价的科学家的有用工具[9]。在评价新食品、饲料或加工部分的安全性时,为鉴定中提出的问题,提供帮助指导,并不是评价的终结。在安全性评价中,实质等同性所强调
4 食品成分的安全性评价
每一种传统食品都含有上千种天然成分,大多
数成分是安全的,许多还没有鉴定过。单独评价食品中的每一种成分实际上不可能,似乎也是没有必要的。目前的食品成分分析,就是对特别有意义的特定物质进行专门的测试,例如重要的营养,抗营养素或可能的毒性物质,如果它们的含量水平发生变化,也要评价它的影响。
新食品或由GM作物产生的食品,一般没有安全食用的历史,这就需要用科学的方法进行评价。GM食品安全性评价中最需要注意的是毒性,过敏
公司[15]还按照实质等同性原则和美国FDA的规
定,对耐草甘膦大豆(GTS402322系)进行了安全性评价。评价内容主要针对大豆成分的营养素和抗营养素,以及引入的耐草甘膦的CP4EPSPS蛋白质(52烯醇2丙酮酰莽草酸232磷酸合成酶)。分析样品采自10个不同地区田块,成分分析超过1400项,包括大量营养物(蛋白质,脂肪,纤维,灰分,碳水化合物,热量和水分),脂肪酸和氨基酸。因为EPSPS蛋白质参与芳族氨基酸生物合成途径的一个反应,因此对芳族氨基酸(苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸)给于特别关注。分析项目还有抗营养素,包括胰蛋白酶抑制剂,凝集素,植物雌激素(三羟基异黄酮和黄豆苷[异黄酮苷]),水苏四糖,蜜三糖和植酸(肌醇六磷酸)。由于大豆中的胰蛋白酶抑制剂,具有抗营养素作用,不可生吃,安全性评价中也作了加工实验。分析数据表明,产物中这些营养素和抗营养素,以及加工对这些抗营养素成分的失活等方面,都和亲本大豆在实质上是等同的。此外,GTS中的过敏原的组成和水平也和亲本没有显著区别。
GTS中引入的耐草甘膦的细菌基因,表达一种对草甘膦不敏感的,类似天然植物的酶,52烯醇2丙酮酰莽草酸232磷酸合成酶(CP4EPSPS)。CP4EP2SPS在GTS中的表达水平很低,在大豆种子蛋白质
性,不利的营养改变,以及和抗生素抗性基因有关的问题等。经典的方法可以用于评价引入食品中的特定蛋白质的毒性,但是不适合用于评价复杂的食物整体。将GM食品和具有安全食用历史的,适当的对应食品进行对比评价,是一种比较实际可行的办法。各国对新食品综合性安全评价的程序和内容都有严格的规定[1]。
1994年美国食品及药物管理局(FDA)首次批准Calgene公司研制的FlavrSavr延熟番茄[14]商业化。
这项研究巧妙地利用反义DNA逆转了番茄中产生聚半乳糖醛酸酶的基因。(聚半乳糖醛酸酶能降解果胶使果实变软)。这样不仅能延长番茄在植株上的成熟期,改进果实风味,还便于新鲜番茄的运输和延长保存期。番茄成分分析证明,这种转基因番茄的正常营养成分(维生素A,C,Bs,镁,钙,磷等)没有改变,毒性物质(番茄苷,茄碱)没有增加。Calgene公司委托国际研究和发展公司(IRCC)进行了三个28天强饲法动物毒性实验,监测项目包括食物消费,体重增加,器官重量,血液学和临床化学,以及用组织病理学分析评价对器官系统的直接毒性。这三个实验中,所有与毒性有关的主要指标,在转基因番茄组和对照组的结果没有区别。组织病理学分析结果中出现的组织异常,在转基因测试组和对照组也没有区别。1994年FDA完成了FlavrSavr延熟番茄、和用作选择标记的
总量中不到0.1%。CP4EPSPS的氨基酸序列和已知的蛋白质毒素及过敏原没有同源性。动物实验中用了由重组大肠杆菌产生提纯的CP4EPSPS,进行上千倍剂量的强饲法小鼠急性毒性实验,证明引入的EPSPS是无毒性的,这种蛋白质在模拟消化液的条件下很快降解。加工可以破坏产品中的这种蛋白质。市场销售的任何GM食品中的EPSPS都是没有活性的,因此是安全的。GM大豆获准上市销售已6～7年,没有任何不良反应的报道[11]。
用转基因饲料喂养家畜,在动物产品(奶,猪肉,鸡肉,牛肉,和蛋)中,用高精密度测试方法,没有检测到转基因成分,包括GTS的CP4EPSPS,和转基因Bt玉米的Bt基因和基因产物[1]。
通过以上的成分分析可以确定这些转基因作物和亲本作物的主要营养和抗营养素,在实质上是等同的,是可以安全食用的。但是由于食品成分的复杂性,在比较时并没能顾及所有的成分。另有一些
卡那霉素抗性基因(nptII)及编码的NPT2II蛋白的评价。批准NPT2II可作为一种添加剂,可以安全用于番茄、油菜和棉花新品种。食品中的NPT2II蛋白在肠胃中很快降解,不会影响口服卡那霉素或新霉素的治疗效果。
耐除草剂草甘膦的转基因大豆(GTS)是1996年获准商业化的。经过3年的田间实验,Monsanto
变化也实难预料,如1999年英国作物保护会议报道[11],耐草甘膦大豆,由于木质素含量变化,耐热性降低,不适合在气候热的地方生长。正是由于这些局限性,以实质等同性为基础的评价方法还是不断地受到质疑。
有关食品成分自然变异的数据,需要国际协调一致,这是最重要的。因为自然变异十分广泛,需要有大量的参考数据。环境条件对作物成分的影响也不可忽略,无论是GM作物或非GM作物的成分,都会因品种,环境,气候,病虫害以及农业操作不同而变化。
源的,含有病毒启动子的转基因出现了基因沉默。 在GM食品的安全性研究中,我们主要关心的是遗传修饰可能提高天然毒物的水平,还要推测新基因的插入可能激活沉默的,产生毒素和抗营养素的途径。现有的分析方法,可以分析代谢产物浓度的变化,和单一成分的特异性分析。但是单一成分分析只能揭示预期的或偶然发生的效应,许多不确定因素仍然得不到解答。插入基因在受体生物遗传背景中的全部表现,目前还无法完全确定。
现在发展的最新分析方法,如微阵列(micro2ar2rays)DNA/RNA技术,和在基因组水平进行DNA
5 食品成分的预料外改变
传统育种包括远缘杂交和各种突变(例如,缺失,重复,插入,倒位,易位,跳跃基因,甚至非整倍
性,多倍性;以及调节基因的突变等),通常会发生预料外抑制或提高某些基因的表达。这是作物育种中的一种普遍现象。著名的例子在许多作物如马铃薯,大麦中都有。例如,1967年美国培育的马铃薯“勒纳佩(Lenape)”变种,它的固体含量高,适合用于炸土豆片,后来发现它含有的一种毒性物质,茄碱的含量太高,1970年从市场中淘汰[9]。在传统育种中,栽培植物产生过巨大改变,但用现代生化知识评价过的却很少[1]。育种学家通常是通过选择得到最好的品系,不理想的子代或毒物水平增加的,有时就简单地淘汰掉。
现代生物技术的遗传修饰和基因整合中,转化基因在染色体上整合的位置不同,也会发生各种意外效应。在植物遗传修饰中大多数的DNA是随机插入的,并产生预料外的基因表达[1]:第一,外源DNA插入在宿主基因的编码区内,产生缩短或杂种
序列和基因表达分析的基因组学(genomics),和蛋
白质表达分析的蛋白质学(proteomics),以及在代谢途径水平剖析次级代谢产物的代谢产物学(metabolomics),筛查GM生物的生理变化,可以在较高的整体水平,检查出产生的意外效应。这些技术结合起来,可以为GM食用作物代谢中发生变化的性质和范围,提供详细的资料(与毒物学有关或无关)。必要时,可以用这些分析方法指导以后的毒物学研究。采用这些技术将有助于取得清晰度高,不确定程度少的GM生物,在食品安全方面为消费者提供更完善的答案。不过,这些技术目前还处于研究的初期阶段,要在常规安全性评价中使用,可能还需要一段路程。现阶段,过去的那些行之有效的经典方法,还是继续要采用的主要方法。可以说,用现代科学方法发展和测试的GM作物,已经达到了很高水平的安全性保证。
6 抗生素抗性标记基因
转基因植物基因组中插入的外源基因通常连接了标记基因,用于帮助转化子的选择。常用的标记基因有抗除草剂基因和细菌来源的抗生素抗性基因,如卡那霉素抗性基因等。在安全性检查中需要考虑的,包括抗生素抗性标记基因在人和农场动物肠道中转移,以及在土壤中向微生物的潜在水平转移及其后果。美国FDA食品顾问委员会(1994)的结论是,番茄中的卡那霉素抗性nptII基因极不可能在消化道中转移到微生物,不会引起安全性问题。欧盟委员会的食品科学委员会(SCF)和动物营养委员会(SCAN)也认为使用氨卞青霉素抗性基因不会引起安全性问
基因产物,它的功能发生改变、削弱、或丧失;第二,插入在基因的调节区内,改变基因的表达类型;第三,外源基因可能影响一个调节蛋白的基因,从而影响到其他基因。另一个问题是植物代谢作用,可能由于适应外源基因的表达而发生改变。 花椰菜花叶病毒35S启动子(CaMV35S)是强的组成型启动子,许多转基因植物使用了CaMV35S启动子。Al2Kaff等(1998[16],2000[17])报道,在作物受病毒感染后,当病毒和转基因启动子是同
题[9]。抵抗某些抗生素(如卡那霉素或氨卞青霉素)的细菌在环境和人肠道内是常见的,在摄取新鲜食物时,也能得到大量天然的抗性细菌。GM品种中的抗性标记比天然抗性细菌的危险要小得多[1]。 综合自然界的各种因素,GM植物和细菌间的DNA体内基因转移的可能性极小,但也不是绝对不
时主要应考虑的事项可归纳如下[9]:
(1)亲本作物和基因来源的历史。(基因来源有致敏性吗?)
(2)序列同源性:氨基酸序列和任何已知过敏原相似吗?现在已经知道许多过敏原的氨基酸序列。最近已有从氨基酸序列推测蛋白质立体结构的软件。应用FASTA或BLAST可以搜索引入蛋白质和已知过敏原的同源性,核对任何8个或更多相邻氨基酸和已知过敏原相同的片段,鉴定出可能代表过敏性抗原决定基的短片段。
(3)新引入蛋白质的免疫反应性:如果新引入蛋白的氨基酸序列中有的序列和已知过敏原有同源性,就要测定这个新蛋白质和适当过敏个体血清IgE的反应性(这类蛋白质不大可能再进展下去)。 (4)pH和/或消化的作用:大多数过敏原都能抵抗胃酸和消化酶,如胃蛋白酶,而普通植物蛋白质和引入的蛋白质是容易被消化的。
(5)对热和加工的稳定性:食物中不稳定的过敏原,在食用前煮熟或进行其他加工,关系就比较小。 (6)引入蛋白质的表达水平是重要的:主要食物过敏原一般为植物蛋白质总量的>1%。 其他参数,如蛋白质功能性,分子量(10240kDa),和糖基化等也是可能要考虑的因素。 已知过敏原的检测是比较容易的,例如,上述转基因大豆中引入的巴西坚果蛋白,当巴西坚果的基因插入大豆,用普通测试已知过敏反应的方法,就能测出巴西坚果的过敏原已经转入大豆。但是如果是一种新的可能的过敏原,用现有的标准测试方法,就很难肯定或否定它的过敏性。例如,由Aventis公司投放市场的StarLink转基因Bt玉米中,含有的Cry9C杀虫蛋白就是这种情况。这种StarLink品牌
可能。deVries和Wackernagel(1998)[18]就报道过,在理想化的实验室条件下,来自GM植物的DNA可以低频率地转化到土壤中常见的细菌中。
欧盟出版的指令(Directive,2001/18/EC)公告说[9],GMOs中可能对健康有不利的作用的抗生素抗性标记,必须逐步淘汰,根据第C部分批准的GMOs必须在2004年12月31日前逐步淘汰,根据
第B部分权威认可的GMOs必须在2008年12月31日前逐步淘汰。不属于临床和兽医使用的抗生
素抗性标记,仍然可以使用。新发展的替代方法必须不再产生其他与安全性有关问题[9]。
当前,培育无抗性标记基因的转基因植物已成为基因工程育种的重要目标[19]。近几年,转基因植物中抗性标记基因的剔除技术,已取得突破性进展。目前有应用前景的安全标记基因主要包括化合物解毒酶基因和糖类代谢酶基因等。
7 过敏性问题评价
已知的过敏食物有160多种,包括花生,大豆,奶,蛋,鱼,甲壳类,小麦和坚果等。现代生物技术和经典育种法都有可能将过敏原引入食品。现代生物技术中最典型的例子就是1996年PioneerHi2Bred国际公司为提高动物饲料的蛋白质含量,在实验中将巴西坚果的一个基因引入大豆。在研究阶段发现引入的巴西坚果蛋白,能够和巴西坚果敏感个体的血清起反应,这项大豆发展就此中止[9]。
在评价新食品的安全性时,必须包括蛋白质的潜在过敏性,以确保新作物或其衍生的食品的安全性。2001年FAO/WHO专家咨询会议又提出了新的评价GM食品过敏性的树状决策法,但其中有些参数的科
的转基因Bt玉米在美国只获准用于饲料和酿造工业,没有批准用于食品[21]。
转基因Bt玉米,就是在玉米中插入产生苏芸金芽孢杆菌(Bt)杀虫毒素蛋白的Bt基因。Bt杀虫晶体蛋白如Cry21A等,一般在胃酸中很快降解,对人无毒[9],但对害虫,如玉米螟等有毒。但是有的Bt杀虫蛋白,如Cry9C是耐热、比较耐酸和不能消化的,对胰蛋白酶的半衰期为8小时[21],分子量10270
学定义还有争议。FAO/WHO承认新的树状决策法不够完善,还不能用于评价所有的食品[9,20]。由于目前还没有准确预测食物过敏性的有效模型。有些动物模型正在研发中。当前,在评价蛋白质潜在过敏性
kDa,很可能是一种糖蛋白。小鼠在通过腹膜内和
基因食品的知情权和自由选择权,欧盟、日本、韩国、瑞士、澳大利亚、新西兰、巴西、俄罗斯等国都先后颁布了转基因食品标识的法令[24]。美国和加拿大对转基因食品的标签问题没有硬性规定。过去,美国FDA是反对在GM食品上使用标签的,理由之一是
口服Cry9C后,能引起一种IgE反应,血流中可以找到完整的Cry9C,这些性质符合潜在过敏原的条件[22]。不过Cry9C的氨基酸序列和已知过敏原没有同源性[22]。
2000年9月美国一家独立测试公司GeneticID,在美国食品店销售的卡夫(Kraft)玉米面小薄饼(TacoBelltacoshells)中发现未获准用于食品的StarLink转基因Bt玉米成分。大约一周后,FDA核
担心标签给GM食品打上生物技术产品的烙印,会迷惑或误导消费者,把购物者吓跑[25]。但是迫于世界各国纷纷颁布的标签法和美国民众的关心,2000年5月美国政府宣布对GM食品管理条例进行一系列修改[26],在标签问题上也有一些松动,FDA将要(非强制性)在GM食品上贴标签,求生产商‘自愿’
实了GeneticID的测试结果,并于10月4日发布对tacoshells的二级正式回收令[21]。Aventis公司也
主动停止销售StarLink玉米。以后又在300多种食用玉米产品中发现StarLink玉米成分,主要是无意中和非StarLink玉米混杂所致
[22]
也允许不含GM生物的食品用标签说明。这些改变虽然得到美国农业和产业组织的欢迎,但也遭到大多数环境组织的抵制。
我国从2002年3月20日开始实施《农业转基因生物标识管理办法》,要求包括转基因食品在内的所有转基因农产品,今后必须按规定加贴标识,否则不得销售或进口。但据2002年12月5日北京晨报报道[27]在我国销售的“雀巢”食品中,有6种含有大豆转基因成分,在3月20日我国实施转基因标识规定后,雀巢公司仍在北京等地销售未标识的转基因产品,实在令人遗憾。现在我国的转基因产品速检试剂盒已经通过专家鉴定,这批试剂盒是依据国家质检系统已建立的大豆、玉米、马铃薯、油菜籽、烟草、棉花等9种转基因产品的行业检测标准研发的,已经可以使用。
致谢:中国食品发酵工业科学研究所王薇青教授对本文提供了宝贵意见和帮助,谨此深表谢忱。
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勒令回收的StarLink玉米和产品估计价值数亿美元。关于Cry9C蛋白可能引发过敏反应问题,各方还有不同的看法,Aventis公司在2000年10月底向
美国环保署(EPA)提交的StarLink转基因玉米安全性最新评价报告中提出,消费者吃了这种食品,即使是最坏情况,也要比敏感个体产生过敏反应所需的量低几千倍。Aventis公司要求EPA暂时给于Star2Link玉米用于食品四年的临时批准[23]。由于Cry9C蛋白的过敏原性质尚无法定论,EPA最后还
是判定Cry9C有‘中等可能性’,是一种过敏原,但是,已接触玉米的人群中出现过敏性的‘可能性低’。然而,这起在食品中混入未获准转基因成分的StarLink事件,已挫伤了公众对美国食品安全管理系统的信任。为了避免以后再发生类似Star2Link的纠葛,2001年12月EPA,NIH和FDA联合
[22]
召开GM食品过敏性测试和管理规程讨论会
[20]
,会
议规划制定了范围广泛的研究项目,帮助发展可靠的过敏性测试方案,但是要完全解决上述问题尚需时日。
8 标签问题
转基因食品问世已经很多年,国内外尚未发现一例转基因食品对人体有害的报道,应该是可以放心食用的。但是由于转基因食品中含有用现代生物技术转移来的外源基因,目前的安全检测方法还不能完全排除所有的潜在风险。为了维护消费者对转
第3期
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Substantialequivalenceprincipleandtransgenicfoodsafetyevaluation
CHENNai2yong
(TheInstituteofMicrobiology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080)
Abstract SomeinterestingtopicsaroundsubstantialequivalenceprincipleandsafetyevaluationofGMfoodweredis2cussed.Thesetopicsare:Comparisonofclassicalandmodernbiotechnology;Toxicologicalstudiesonwholefoodinani2malfeedingstudies;Principleofsubstantialequivalenceanditslimitations;Safetyevaluationoffoodcomponents;Unex2pectedchangesinfoodcomposition;Antibioticresistancemarkergenes;Allergenicityevaluation;andRegulationsforla2belingofGMfoods.
Keywords modernbiotechnology;safetyofgeneticallymodified(GM)foodsortransgenicfoods;principleofsubstan2tialequivalence