轉基因食品安全性研究現狀

自1983年獲得世界第一次運動成功以來，以轉移技術為核心的現代生物技術迅速發展。目前轉基因成功的植物已超過120多類,3000多種轉基因植物已被各國批準進入田間試驗。全球轉基因農作物種植面積大幅度增長,1999年已達3900萬公頃,其市場價值達30億美元。轉基因食品將在未來的國際市場占據越來越重要的地位。隨著轉基因技術作物食品的商品化生產,食品安全性越來越受到廣泛的關注。傳統的毒理學的食品安全性評價方法已不能完全適應轉基因技術食品。從20世紀90年代起,聯合國糧農組織和世界衛生組織多次召開聯合專家咨詢會議,專門討論生物技術食品安全評價時的一般性和特殊性的問題,并督促各國政府建立一個完善的食品法規,以適應轉基因食品的發展需要,并使此法規與不斷發展的新技術相適應。人們對目前轉基因食品的擔憂基本可歸為以下3類:①轉基因食品里加入的新基因在無意中對消費者造成健康威脅;②轉基因作物中的新基因給食品鏈其他環節造成無疑的不良后果③人為強化轉基因作物的生存競爭性,對自然界多樣性的影響。其中人們最為關心的是轉基因食品對人體健康是否安全?轉基因食品與市場銷售的常規食品相比,有無不安全的成分?這樣就需要對其主要營養成分、微量營養成分、抗營養因子的變化、有無毒性物質。有無過敏性蛋白以及轉入基因的穩定性和插入突變等進行檢測,重點是檢測其特定差異。此外一個比較集中的問題是轉基因產品標記基因的安全性評價。目前,國內外關于轉基因食品和轉基因食品成分安全性評價可概括為以下幾點:①轉基因食品中基因修飾導致的“新”基因產物的營養學評價(比如營養促進活血法、抗營養因子的改變),毒理學評價(如免疫毒性、神經毒性、致癌性或反制度性)以及過敏效應(是否為過敏源)②由于新基因的編碼過程造成現有基因產物水平的改變③新基因或已有基因產物水平法上改變后,對作物新陳代謝效應的間接影響,如導致新成分或已存在成分的改變④基因改變可能導致突變,例如:基因編碼或控制序列被中斷,或沉默基因被激活而產生新的成分,或是現有成分的含量發生變化⑤轉基因食品和食品成分攝入后基因轉移到腸道微生物引起的后果。⑥遺傳工程體的生活史及插入基因的穩定性。當然還有一些其他方面的問題,比如轉基因和食品成分釋放入環境安全性問題,這屬于環境安全性問題,暫時不討論。1轉世生物食品的安全評價1.1其他具體的安全性評價在考慮轉基因生物食品時,對遺傳工程體(GMO)的特性分析是第一個要考慮的問題。分析遺傳工程體本身的特性,有助于判斷某種新食品與現有食品是否有顯著差異。分析的內容主要包括:供體、基因修飾及插入DNA、受體這三個方面。供體的分析主要集中在供體的來源、分類、學名;與其他物種的關系;作為食品使用的歷史;含有獨立時;過敏性;傳染性(微生物);是否存在營養因子和生理活性物質;關鍵性營養成分。基因修飾及插入的分析包括介導物和基因構成;DNA成分描述,包括來源、轉移方法;助催劑活性。受體的分析包括與供體相比的標型特征;引入基因表現水平和穩定性;新基因拷貝量;引入基因移動的可能性;引入基因的功能;插入片段的特征。需要說明潛在危險并不等于現實危險,因此不能一提到安全性評估便認為轉基因植物已存在固有的實際危險。目前國際上普遍認為:潛在危險性=有害概率×有害程度。此外還應考慮其帶來的巨大經濟利益的有利的一面,即權衡利弊,判斷轉基因植物所能存在的危險是否能被接受。即可接受危險=有害概率×有害程度產品效益=有害概率×有害程度產品效益轉基因食品安全性評價的程序基本上包括這樣幾個方面:①新基因產品的特性的研究;②分析營養物質和已知毒素含量的變化;③潛在致敏性的研究;④轉基因食品與動物或人類的腸道中的微生物群進行基因交換的可能及其影響;⑤活體和離體的毒理和營養評價。目前轉基因食品安全性評價的最為實際的途徑是使用實質等同性原則(substantialequivalence)。這一原則是經濟合作組織1993年提出的。其概念是:如果某種新食品或食品成分與已經存在的某成分在實質上相同,那么在安全性方面,前者可以與后者等同處理及新食品與傳統食品同樣安全。需要指出實質等同性本身并不是危險性分析,而是對新食品與傳統市售食品相對的安全性比較。它是一種動態的過程,既可以是很簡單的比較,也可能需要很長時間,這完全取決于已有經驗和食品成分的性質。GMO的安全性評價必須考慮由于食品來源中的基因修飾而導致的預期效應和意外變化。基因修飾可能導致生物表型的未預料的效應,如生長的變化、環境適應性的減弱等。通常這些效應可以很容易的被排除出去,但也有某些未預料效應如關鍵營養成分濃度的變化、天然毒素水平的升高等,如沒有特定的安全性評價是不容易被發現的。實質等同性的概念將基因工程食品歸為三類:①轉基因食品或食品成分等同于現有的食物如果某一轉基因或成分與某一現有食品具有實質等同性,那么就沒有必要考慮獨立和營養方面的安全性,兩者應同等對待。如轉病毒外殼蛋白質基因的抗病毒植物及其產品。因為傳統產品就含有病毒,人們長期使用后并未見有中毒史,故對這類產品可不必進一步的安全性評估。②除了某些特定差異外,與現有食品具有實質等同性如果除了新出現的性狀,該食品與現有食品具有實質等同性,則應該進一步分析兩種食品確定的差異,包括:①引入的遺傳物質是編碼一種蛋白質還是多種蛋白質,是否產生其它物質②是否改變內源成分或產生新的化合物,引入DNA和信使RNA(mRNA)本身不會有安全性問題,因為所有生物體的DNA都是有四種堿基組合而成的,但應對引入基因的穩定性及發生基因轉移的可能性作必要的分析。比如轉Bt基因的抗蟲植物,或轉入新的蛋白基因后獲得的抗病植物及其產品。其安全性評估應集中針對插入基因的表達產物,不應過分強調去分析其它形狀,也不必考慮DNA或mRNA本身是否有毒性,因為所有生物的DNA構成元素都是一樣的。新食品的安全性評估應主要考慮基因產物及其功能,即蛋白質的結構、功能和特異性,以及食用歷史。此類信息應該在前期進行評價,然后決定是否需要,以及采用何種適合的安全評價方法來確定蛋白質的安全性。目前已知只有少數蛋白質對脊椎動物有毒性(包括細菌毒素和動物毒素),這些蛋白的特性多數基因明確。了解引入基因/蛋白質的來源、序列及其功能,便可明確其蛋白質的安全性。通常人們對通過基因修飾引入食品中的蛋白質已經了解得比較清楚,而且已知它不對脊椎動物產生毒性作用。若在研究中發現該蛋白質不表現出特異的功能,一般不需要做進一步的安全測試。若通過證實與已知蛋白質毒素、過敏源不具有類似的氨基酸順序,可以在模擬哺乳動物胃、腸環境下進行蛋白質快速水解來測定其水解速率。若蛋白質不能被快速降解,則應考慮進一步的檢驗如急性毒性試驗、過敏檢測等。蛋白質具有酶的功能,則可產生碳水化合物、脂肪、油或小分子化合物。對碳水化合物來說主要是淀粉的改造,如直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量分枝性。這種修飾的淀粉可能在功能和生理上與食品通常存在的淀粉一樣,因此不會引起任何特殊的安全性問題。但是若水果或是蔬菜中產生了高濃的這樣的不易消化的碳水化合物(正常情況下蔬菜和水果中很低),或者經修飾后可將易消化的碳水化合物轉成不易消化的形式,則應對其營養和生物功能作進一步分析。③某一食品沒有比較的基礎,即與現有食品沒有實質等同性若某一食物或食物成分沒有比較的基礎,也就是說,沒有相應或類似的食品作為比較,這并不意味著他一定不安全,但必需考慮這種食品的安全性和營養性。首先應分析受體生物、遺傳操作和插入DNA、遺傳工程體及其產物特性如表型、化學和營養成分等,若插入基因功能不很清楚,同時應考慮供體生物的背景資料。1.2食品安全評價的一些問題1.2.1營養方面的問題食物過敏是一個世界關注的公共衛生問題。有資料表明有近2%的成年人和4%~6%的兒童患有食物過敏。食物過敏是指食品中存在的抗原分子的不良免疫介導反應。過敏反應是免疫球蛋白E(IgE)與過敏源的相互作用引起的。實際上所有的過敏源都是蛋白質,盡管食物中含有多種蛋白質,但只有幾種蛋白質是過敏源,并且只有某些人對其過敏。目前為止發現的過敏性物質一共有93種。值得注意的是過敏蛋白受環境因素的影響。比如北美和西歐的人群花生過敏的頻率很高,但在其他食用花生的國家則極少發生。由于食品的進口和出口增加,近幾年已經認為進口食品是食品過敏的新來源,所以改變膳食結構在引起過敏反應中有重要的作用。對過敏反應的安全評價程序首先是了解被轉移的基因來源的特征。若編碼一種蛋白質的基因來自于已知的過敏源,或其蛋白質氨基酸序列分析結果顯示其有過敏的可能性,并且其編碼蛋白在基因工程體的食用部分表達,則需對此進行檢測以確定是否編碼某種過敏源。1.2.2微管相關基因突變許多食品生物本身就能產生大量的毒性物質和營養因子,如蛋白酶抑制劑、溶血劑、神經毒素等以抵抗病原菌和害蟲的入侵。現有食品中毒素含量并不一定會引起毒效應,當然如果處理的不得當,某些食品(如木薯)能引起嚴重的生理問題甚至死亡。評價的原則應該是:轉基因食品不應含有比其他同種食物更高的毒素含量。生物體在進化過程中往往會產生因突變而不再發揮作用的代謝途徑——沉默途徑(silentpathway),其產物或中間物可能含有毒素。在轉基因變種中,沉默途徑有可能被激活,低水平的毒素可能在新變種中被高水平表達,從理論上講任何基因轉入的方法都可能導致GMO產生不可預知的變化,包括多向效應。靠設計一個實驗來鑒別這些效應是不可能的,目前可考慮的方法包括mRNA分析、基因毒性和細胞毒性分析,當然根據評價目的設計動物喂養試驗也是可以的,模型動物應有廣泛的代表性,而不應限于哺乳動物。1.2.3細菌、微生物的干擾目前應用的抗生素抗性基因、除草劑抗性標記基因等。對抗生素抗性基因的安全性考慮之一是,轉基因植物中的標記基因是否會在腸道中水平轉移(horizontalgenetransfer)至微生物。從而影響抗生物治療的有效性。對于抗生素療效潛在影響的評估要考慮下列因素:表達產物的功效和特異性;表達蛋白的消化能力;表達蛋白的表達量;胃腸道任何必須協作因子的可利用性;人類或動物抗生素的使用。目前尚無基因從植物轉移到腸道微生物的證據,也沒有人類消化系統中細菌轉化的報告,可見這種基因水平的轉移可能性極小,但在評估任何潛在健康問題時,都應該考慮人體或動物抗生素的使用以及胃腸道微生物對抗生素的抗性。目前普遍認為nptⅡ蛋白(新霉素磷酸轉移酶)不存在安全性問題,美國FDA已批準番茄、棉花、油菜等中使用nptⅡ。1.2.4微生物的安全性評估由于微生物之間可以進行基因轉移,評估腸道基因轉移的可能性必須給予遺傳工程體的性質和基因構建的特點。如果轉入基因未能增強受體微生物的任何生存特性,就不必做進一步的安全評估了。如果該基因功能表明能加強微生物的生存能力,那么就有必要對該基因進行安全性評估。對于微生物遺傳工程體安全性的考慮包括:載體需作修飾,以盡量減少基因轉殖到微生物的可能性;來自重組微生物的食品中應不含有活菌,不應在重組微生物中使用目前在治療中有效的抗生素抗性標記。重組微生物的致病性也需要考慮。用作食品或在食品加工工程中使用的微生物必須是已知的、或已經經過嚴格動物實驗,已證明無致病性的。如在腸胃中的存活、生長和繁殖能力,通過轉化、轉導或結合等交換質粒的能力。1.2.5動物模件的安全性哺乳動物本身的生長、發育和繁殖能力是安全性的重要內容,因為引入的遺傳物質產生的不利后果一般會反映在生長、發育和繁殖能力上。原則上,健康的哺乳動物可作為人類食品,但考慮到某些魚類和無脊椎動物含有毒性物質,動物本身在一定程度上能抵抗這些毒素,因此并不能保證來自健康動物就一定是安全的,轉基因動物食品的安全性好要考慮的是用于飼喂動物的藥物、飼料的安全性。目前市場上一些技術已被認可少量應用于動物增重或提高動物食品質量。這些藥物只要良好的被控制,肉類中激素水平可以保持正常的生理范圍內,對消費者不會造成安全性問題。因此這類激素肉類食品不需進一步的安全性分析。1.2.6具有巨大的應用潛力用轉基因植物、動物或微生物來生產功能性食品或食品添加劑,具有巨大的應用潛力。有些食品除某些差異外,與現有食品具有實質等同性,另一些(包括僅在動物乳腺中表達化合物后的肉類)則與傳統食品完全等同,第三類則與傳統食品無實質等同性。1.2.7使用生物過程中的數據庫和利用傳統模式的知識,可將現對于轉基因食品的成分比較合適和實質等同性的分子在很大程度上要依賴建立各類與轉基因食品相關的數據庫和利用現有的數據庫,包括使用生物的營養成分、毒性物質、過敏源等方面的數據庫。此外,為便于有關轉基因食品的新品種的注冊和安全性評估,還必須對現有商用品種的關鍵營養成分及毒性物質數據庫進行定期的更新。分子生物學數據庫也是有助于評價轉基因食品安全性的重要信息來源。1.2.8研究對象的局限性前面已經提及,許多的轉基因食品安全性評價工作都用整個的轉基因食品進行急性實驗動物毒理實驗。然而,用全食物飼喂動物的實驗有一定的局限性,它很難檢測出食品中的微小變化,食品學家和營養學家比較反對在進行轉基因食品安全評價時使用全食物飼喂研究的方法。國際食品生物技術委員會(IFB