《转基因食品生物技术及安全性评价》课件4转基因食品4

1、 The application of genetic engineering in microorganism基因工程在微生物中的应用微生物表达系统大肠杆菌表达系统： 优点：遗传背景清晰、目的基因表达水平高、培养 周期短、抗污染能力强缺点：蛋白翻译后加工体系不完善、产物易形成无 活性的包涵体酵母表达系统：优点：遗传背景清晰、蛋白翻译后加工体系完善缺点：目的基因表达水平不高棒状杆菌表达系统1.改善发酵食品的品质与风味发酵面食的风味（麦芽糖透性酶、麦芽糖酶）基因工程改良的基因工程菌在生产中的应用酱油风味 增加蛋白水解酶的含量（羧肽酶、碱性蛋白酶） 增加纤维素酶的活力 减少木糖的含量啤酒风味 减少

2、双乙酰的含量（-乙酰乳酸脱羧酶） 增加-淀粉酶、糖化酶、异淀粉酶的含量胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。人造

3、血液及其生产2. 利用基因工程生产食品添加剂 2.1酶制剂的生产凝乳酶-淀粉酶葡萄糖氧化酶葡萄糖异构酶溶菌酶半乳糖苷酶糖化酶环状糊精葡基转移酶超氧化物岐化酶葡聚糖酶2.2氨基酸 氨基酸用途氨基酸用途丙氨酸天冬氨酸半胱氨酸谷氨酸增香剂增香剂增甜剂抗氧化剂增香剂甘氨酸组氨酸赖氨酸苯丙氨酸增甜剂抗氧化剂食品添加剂增甜剂2.3 甜味剂提高糖的含量 （6-磷酸蔗糖合成酶） 果聚糖(非热量糖） 甜蛋白（阿斯巴甜 二肽 180倍） 应乐果甜蛋白 1500蔗糖 奇异果甜蛋白 2000蔗糖 马槟榔甜蛋白 400蔗糖 Brazzein 2000蔗糖 莫内林 10万倍蔗糖2.4 香料第五章 转基因食品的安全性 评价

4、与展望安全性评价的目的：为科学决策提供依据保障人类健康及生态环境安全回答公众疑问促进国际贸易，维护国家权益促进生物技术可持续发展对转基因作物的安全性争论，国际上有几个典型的事件 Pusztai事件：英国Rowett研究所有位Pusztai博士，他用转雪花莲凝集素基因的土豆喂大鼠，1998年秋天在英国电视台发表讲话，声称大鼠食用了这种土豆后，体重和器官重量减轻，免疫系统受到了破坏。后果：绿色和平组织、地球之友等反生物技术组织把这种土豆说成“杀手”，并策划了破坏转基因作物试验地等行动，焚烧了印度的两块试验田，甚至美国加州大学戴维斯分校的非转基因试验材料也遭破坏，以致研究生毕业论文都无法如期完成。英

5、国皇家学会组织了同行评审，并于1999年月发表评论，指出Pusztai的试验有六方面的错误：不能确定转基因和非转基因马铃薯的化学成分有差异；对食用转基因土豆的大鼠，未补充蛋白质以防止饥饿；供试动物数量少，饲喂几种不同的食物，且都不是大鼠的标准食物，缺少统计学意义；试验设计差；统计方法不当；试验结果无一致性等。 斑蝶事件： 1999年5月，康奈尔大学的一个研究组在Nature杂志上发表文章，声称转基因抗虫玉米的花粉飘到一种名叫“马利筋”的杂草上，用马利筋叶片饲喂美国大斑蝶，导致44的幼虫死亡。 这一实验结果在科学上没有说服力：玉米的花粉非常重，扩散不远，在玉米地以外米，马利筋叶片/CM2上只找到

6、一个玉米花粉；2000年开始在美国三个州和加拿大进行的田间试验都证明，抗虫玉米花粉对斑蝶并不构成威胁，实验室试验中用倍于田间的花粉量来喂大斑蝶的幼虫，也没有发现对其生长发育有影响。 斑蝶减少的真正原因，一是农药的过度使用，二是墨西哥生态环境的破坏。 花粉Bt玉米马利筋帝王蝶幼虫死亡44%（室内）帝王蝶事件 加拿大“超级杂草”事件：由于基因漂流，在加拿大油菜地里发现了个别油菜植株可以抗一种、两种或三种除草剂，因而有人称此为“超级杂草”，并怪罪于转基因。基因漂流并不是从转基因作物开始。如果没有基因漂流，就不会有进化，世界上也就不会有这么多种的植物和现在的作物栽培品种。举例来说，小麦由、三个基因组组

7、成，它是由分别带有、基因组的野生种经过基因漂流合成的。所以，以此来禁止转基因作物，也是没有道理的。中国t抗虫棉破坏环境事件： 2002年6月3日，南京环科所与绿色和平组织在北京召开会议，月日China daily上发表了题为“GM Cotton Damage Enviroment”的文章。 当天,绿色和平组织在其网站上刊登了南京环科所、绿色和平组织顾问薛达元先生长达26页的英文报告，从而再次引发国际争论，在欧、美产生巨大反响。 月日德国农业报发表了题为 “中国研究：棉破坏环境巨大”。 绿色和平组织的“中国项目主管”声称：“棉农将面对不受控制的超级害虫”、 “转基因抗虫棉不但没有解决问题，反而制

8、造了更多的问题”、“棉农将被迫使用更多、更毒的农药”。 事实上，抗虫棉在中国实践多年，深受广大棉农的欢迎。中国、美国、德国、加拿大、比利时、印度等国的科学家已在网上纷纷发表评论，反驳绿色和平组织的观点。 2006年，俄罗斯科学院高级神经活动和神经生理研究所科学家伊琳娜 艾尔马科娃博士研究发现，食用转基因大豆食物的老鼠，其幼鼠一半以上在出 生后头三个星期死亡，是没有食用转基因大豆老鼠死亡率的6倍。注意：3周的结果 2007年，在奥地利政府的资助下，泽特克教授及其研究小组对孟都山 公司研发的“转基因玉米NK603（抗除草剂）和转基因玉米MON810（Bt抗虫）的 杂交品种”进行了实验。在经过长达2

9、0周的观察之后，发现转基因产品影响了小 鼠的生殖能力。注意：20周的结果【搜狐绿色消息】奥地利政府于当地时间11月11日发布最新科学研究，首次证实转基因玉米会导致小白鼠繁殖能力下降。国际环保组织绿色和平警示：包括中国在内的各国政府需加强对转基因食品安全性的研究，同时呼吁立即停止任何转基因粮食作物的商业化审批和种植。 此项研究由奥地利健康部和农业与环境部共同发起并资助，维也纳大学兽医学教授Juergen Zentek主持完成。研究结果显示，在长达20周以上的持续喂养评估实验中，被喂养饲料中含33转基因玉米的小白鼠从第三代开始，后代的体重、体长和数量都明显减少。“这一研究结果明确证实了转基因作物对

10、健康的威胁。 广西新闻网2009年11月19日广西在校大学男生性健 康，过半抽检男生精液不合格的报道： “我们对广西19所高校的217例大学生 志愿者的精液进行了质量分析，竟有56.7%的大学男生精液质量异常”。转自一 网络的报道：“广西已经和美国的孟山都公司从2001年至今在广西推广了上千万 亩“迪卡”系列转基因玉米。广西广大农民在不知情的情况下种了1026万亩。” 2010年2月20日，广东卫视播出一期电视节目郎咸平谈转基因水稻的背后 Five principles of inspection the GM foods转基因食品安全的检验的五项原则 根据转基因食品及同类传统食品两者的特性表

11、现及成分进行分析比较： Substantial equivalence实质等同性原则Substantial equivalence实质等同性原则即生物技术产生的食品及食品成分，如果与一种现有的食物或食物成分在实质上是相当的，则可以认为是安全的。实质等同原则强调了转基因食品安全性的目的，不是要了解该食品的绝对安全性，而是评价它与非转基因食品的同类食品比较的相对安全性。在评价时注重“个案分析”，即对转基因食品的安全性不一概而论、而是采用“实质等同”一对一地进行个案分析它们的安全性至少不低于相应的参照食品或不会增加来自食品的风险。五项原则(1)如果两者本质是相同的，用传统的安全性 评价程序对转基因食

12、品评价。(2)如果在一定范围内有差别，用集中于对产生差别的因子进行评价。(3)如果氨基酸序列与已知蛋白毒素的氨基酸序列是同系物，则要进行毒理学实验。(4)如有蛋白质产生了抗营养作用，或营养成分发生改变，则要进行营养学评价。(5)如果两者完全不同或没有可比的传统食品 ，则要特别设计动物模型试验证明其无毒后，还须进行人体营养学试验。 转基因食品不能证明与对应的参照食品实质等同时，要做进一步的毒理学试验，试验主要包括：(1)毒物动力学试验，了解它的吸收、分布、代谢及排泄等情况(2)遗传毒性试验，包括体外试验和体内致突变试验(3)潜在致敏性试验(4)基因传递与稳定性试验。检查是否导入的基因向人畜胃肠道

13、中存在的微生物中转移和表达(5)微生物定植和微生物致病性试验。对本身是活菌或含有活菌的新型食品要评价这两项指标(6)啮齿类90天喂养试验。其中注意遗传毒性、神经毒性、免疫毒性及生殖毒性(7)验证对人类的安全性；一定时期后，对转基因食品安全性的再评价。包括耐受量、肠道群菌谱及数量等。理性地看待转基因农作物的安全性潜在危险有那些？毒害人畜超级杂草新型病毒昆虫产生抗性危害其它昆虫转基因食品的安全性问题在哪里？1、食物安全性因素2、环境安全性因素1、食物安全性因素（1）转基因产物的直接影响：包括营养成分、毒性或增加食物过敏性物质的可能；有毒物质:必须确保转入外源基因或基因产物对人畜无毒。如转Bt杀虫基

14、因玉米除含有Bt杀虫蛋白外，与传统玉米在营养物质含量等方面具有实质等同性。要评价它作为饲料或食品的安全性，则应集中研究Bt蛋白对人畜的安全性。目前已有大量的实验数据证明Bt蛋白只对少数目标昆虫有毒，对人畜绝对安全。 过敏源:在自然条件下存在着许多过敏源。在基因工程中如果将过敏源基因转入新的植物中，则会对过敏人群造成不利的影响。所以，转入过敏源基因的植物不能批准商品化。如美国有人将巴西坚果中的2-S-清蛋白基因转入大豆，虽然使大豆的含硫氨基酸增加，但也未获批准进入商品化生产(因为有人对它过敏)。 食物安全性因素（2）转基因间接影响（未预料基因多效性）：经遗传工程修饰的基因片段导入后，引发基因突变

15、或改变代谢途径，致使其最终产物可能含有新的成分或改变现有成分的含量所造成的间接影响； 常规育种中筛除不利性状进行实质等同性鉴定 食物安全性因素（3）植物里导入了具有抗除草剂或毒杀虫功能的基因后，它是否也象其他有害物质一样能通过食物链进入人体内；人体内需要有该毒蛋白的受体 毒蛋白需在人体内积累到足够的量 食物安全性因素（4）转基因食品经由胃肠道的吸收而将基因转移至胃肠道微生物中，从而对人体健康造成影响1.标记基因和目的基因有无直接毒性任何DNA都由4种碱基组成DNA在小肠中仅有200mg标记基因DNA在结肠中仅有0.3-1pg，在消化道中是微不足道的DNA在消化道中很快被降解WHO、FDA实验证

16、明食物中的转基因DNA本身无安全性问题 食物安全性因素2.基因水平转移的可能性DNA被降解成小片段或核苷酸，在进入肠道微生物存在的小肠下段，盲肠及结肠前已被降解。即使DNA完整存在，DNA转移并整合需要有感受态的细胞，其过程非常复杂，同时小肠上皮细胞新陈代谢，半衰期很短，不断被取代，不可能保存下来。 3标记基因编码蛋白的安全性包括直接毒性、过敏性、因蛋白的催化功能而产生副作用 蛋白在消化道中很降解 与毒性蛋白无同源性 标记基因无特殊设计，不能忍受极端环境，因此会很快被降解 食物安全性因素公众为什么关心标记基因的安全性？尽管国际社会认为大部分常用的标记基因是安全的，但仍有一部分标记基因的安全性未

17、能确定；所谓的安全使用的标记基因，仅指基因本身，并不包括启动子、终止子、基因多效性及其它多种可能的次生效应，次生效应可因插入位点不同而异。常见标记基因:(1)抗卡那霉素基因(2)抗潮霉素基因(3)抗草甘膦基因(4)GUS报告基因(5)GFP报告基因转基因植物中35S启动子的生物安全性启动子是基因表达所必需的，决定了外源基因表达空间、表达时间和表达强度等，是人们定向改造生物的重要限制因素。最常用的启动子是35S启动子，该启动子能够在植物组织中高水平表达。因此已经被引入许多转基因植物中。潜在风险问题: 35S启动子内有一重组热点。（1）如果35S启动子插入到隐性病毒基因组旁，可能会重新活化病毒。（

18、2）启动子插入到某一编码毒素蛋白的基因上游，可能会增强该毒素的合成。解决转基因食物安全性的策略 对目的基因编码蛋白进行详细分析，避免引入过敏蛋白和过敏蛋白同源序列用甘露糖或荧光蛋白基因代替抗菌素类作为筛选标记采用基因工程手段剔除抗菌素类标记基因采用组织、器官特异性启动子、诱导性启动子基因组编辑技术是一种可以在基因组水平上对DNA序列进行改造的遗传操作技术。这种技术的原理是构建一个人工内切酶，在预定的基因组位置切断DNA，切断的DNA在被细胞内的DNA修复系统修复过程中会产生突变，从而达到定点改造基因组的目的。通过修复途径，基因组编辑技术可以实现三种基因组改造，即基因敲除，特异突变的引入和定点转

19、基因基因组编辑技术 CRISPR-Cas9介导的基因组精确编辑技术 CRISPRs技术是一种由RNA指导Cas蛋白对靶向基因进行修饰的技术。 CRISPR (clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats成簇的规律间隔的短回文重复序列)是一种来自细菌降解入侵的病毒DNA 或其他外源DNA 的免疫机制。在该机制中，Cas 蛋白（CRISPassociated protein）含有两个核酸酶结构域，可以分别切割两条DNA 链。一旦与crRNA（CRISPR RNA）和tracrRNA 结合形成复合物，Cas 蛋白中的核酸酶即可

20、对与复合物结合的DNA 进行切割。切割后DNA 双链断裂从而使入侵的外源DNA 降解。2、环境安全性因素转基因生物对农业和生态环境的影响;（1）产生超级杂草的可能；植物在获得新的基因后会不会增加其生存竞争性，在生长势、越冬性、种子产量和生活力等方面是否比非转基因植株强。若转基因植物可以在自然生态条件下生存，势必会改变自然的生物种群，打破生态平衡。从目前在水稻、玉米、棉花、马铃薯、亚麻、芦笋等转基因植物的田间试验结果来看，转基因植物在生长势、越冬能力等方面并不比非转基因植株强，也就是说大多数转基因植物的生存竞争力并没有增加，故一般不会演变为农田杂草 （2）种植抗虫转基因作物后可能使害虫产生免疫并

21、遗传、从而产生更加难以消灭的“超级害虫”；在植物基因工程中所用的许多基因是与抗虫或抗病性有关的，其直接作用对象是生物。如转入Bt杀虫基因的抗虫棉，其目标昆虫是棉铃虫和红铃虫等植物害虫，如大面积和长期使用，昆虫有可能对抗虫棉产生适应性或抗性，这不仅会使抗虫棉的应用受到影响，而且会影响Bt农药制剂的防虫效果。为了解决这个问题，在抗虫棉推广时一般要求种植一定比例的非抗虫棉，以延缓昆虫产生抗性（3）转基因向非目标生物漂移的可能性；基因漂移到近缘野生种的可能性 在自然生态条件下，有些栽培植物会和周围生长的近缘野生种发生天然杂交。从而将栽培植物中的基因转入野生种中。若在这些地区种植转基因植物，则转入基因可

22、以漂移到野生种中，并在野生近缘种中传播。基因漂移到近缘野生种的可能性 在进行转基因植物安全性评价时，我们应从两个方面考虑这一问题。一个是转基因植物释放区没有存在与其可以杂交的近缘野生种，则基因漂移就不会发生。如在加拿大种植转基因棉花，因没有近缘野生种存在则不可能发生基因转移。同样，在中国种植转基因玉米，因没有野生大刍草，所以也不会发生基因漂移。基因漂移到近缘野生种的可能性 另一个可能是存在近缘野生种，基因可从栽培植物转移到野生种中。这时就要分析考虑基因转移后会有什么效果。如果是一个抗除草剂基因，发生基因漂移后会使野生杂草获得抗性，从而增加杂草控制的难度。特别是若多个抗除草剂基因同时转入一个野生

23、种，则会带来灾难。但若是品质相关基因等转入野生种，由于不能增加野生种的生存竞争力，所以影响也不大。（4）对自然生物类群的影响：其他生物吃了转基因食物是否会产生畸变或灭绝；除了目标昆虫外，我们还要考虑转基因植物对非靶昆虫的影响。如有人用Bt蛋白饲料喂棉田中6种非靶昆虫，当杀虫蛋白浓度高于控制目标昆虫浓度100倍时，对非靶昆虫均未出现可见的生长抑制。另外，Bt蛋白对有益昆虫如蜜蜂、瓢虫等都无毒性。 （5）转基因生物是否会破坏生物的多样性等 转基因技术有可能加剧农业资源遗传的均一性和贫化，必须把目的基因的开发利用与生物基因文库保存有机结合起来。解决转基因生物对农业和生态环境影响的策略时间隔离空间隔离

24、遗传隔离采用质体转化系统采用组织、器官特异性启动子、诱导性启动子套种开发新的基因工程策略理性地看待转基因农作物的安全性是否比传统育种更危险？传统育种也有基因重组和基因突变传统育种也可能产生过敏物（如黑麦中及含让部分人过敏之蛋白）传统育种也会产生新的性状从本质上将转基因植物与常规育种是一样的，两者都是在原有的基础上对现有品种的某些性状进行修饰，或增加新性状、或者消除不良性状，最后培育出优质高产稳产和抗病、抗逆的新品种，它们的区别只是技术和方法问题。基因工程只是利用现代分子生物学进行单基因或多个基因的转化，增加了育种的目的性和可操作性，缩短了育种周期，应该说更科学更安全。理性地看待转基因农作物的安

25、全性“转基因食品，要不要贴标签?”若转基因产品与目前市售的产品具有实质等同性，则不需再加特殊的标签；若转基因产品中含有对一部分人群有过敏性反应的蛋白，则需加标签，以使购买者作出选择。联合国：2000年制定的GMO贸易协定- 卡塔赫纳生物安全协定书已由62个国家签署通过卡塔赫纳生物安全协定书规定，任何含有GMO的产品都必须粘贴“可能含有GMO”的标签，并且出口商必须事先告知进口商，他们的产品是否含有GMO。欧 洲欧洲委员会于2001年7月25日通过了两个关于转基因生物的法规议案，即关于对农业生物技术产品实施跟踪与标识的法规议案(COM20011821)及关于转基因食品和饲料的法规议案(COM20

26、01425)。这两个议案建立了转基因生物的跟踪系统，制定了转基因饲料的标签规则，完善了现行的转基因食品标签制度，规定了合理化的转基因食物及饲料审批程序。日 本日本农林水产省于1999年修订的农林物资规格化和质量表示标准法规(JAS)要求： 从2001年4月1日起，豆腐、毛豆、玉米淀粉等30项基因改良食品必须予以明确标识，凡制造、加工、进口的食品都要执行新的商品明确标识制度。韩 国韩国食品医药品安全厅宣布，自2001年7月13日起，对用经过转基因(GMO)处理的大豆和玉米、豆芽莱等作为主耍原料生产的27种转基因食品实施食品标识制度。从2001年9月1日起对所有进的大豆、玉米以及含有这些成分的食品

27、要求加贴“转基因”标识，并出具转基因检测证明。有义务标注转基因标识的包括：食品制造及加工商、现货销售制造及加工商、食品添加物制造商、食品分销商、流动专销商、食品进口销售商等。 澳大利亚、新西兰澳新两国在食品法典里的关于利用转基因技术生产的食品标难152中，规定了转基因食品的强制性标识要求。从2001年12月7日起，在澳、新出售的所有食品，无论是含有转基因成分或使用了转基因食品添加剂或者加工助剂，只要最终食品中含有转基因的，必须在食品上用标签标明是转基因食品，并标明含量，让消费者能够非常容易地进行识别和自己决定是否购买。美 国美国政府要求源于生物技术的食品要符合食品标签法，此项法规要求在包装的标

28、答上标识该种食品的成分、营养物质含量、含过敏源及可能引起的后果等，但不要求标明食品的生产方法(如利用生物技术生产等)我 国 1993年12月24日，国家科委颁布实施了基因工程安全管理办法 1996年7月10日，国家农业部颁布实施了农业生物基因工程安全管理实施办法 2001年6月6日国务院颁布了农业转基因生物安全管理条例 2002年4月8日国家卫生部颁布了转基因食品卫生管理办法 由于转基因产品存在一定的风险，如转基因产品本身对人类的毒害作用，转基因作物对环境的破坏性作用，包括转入的外源基因在环境中的扩散、对物种多样性的影响等，因此必须从保障人类健康、发展农业生产和维护生态平衡与社会安全的基础出发

29、，提出一系列具有指导意义的对应策略和行之有效的具体措施。具体建议如下： 1.加强转基因产品的安全性研究：在研究与开发转基因产品的同时，必须加强其安全性防范的长期跟踪研究。 2.建立完善的检测体系与质量审批制度：为确保转基因产品进、出口的安全性，必须建立起一整套完善的、既符合国际标准又与我国国情相适应的检测体系，以及严格的质量标准审批制度。有关审批机构应该相对独立于研制与开发商之外，而且也不应该受到过多的行政干预。3.不断完善相关法规：转基因产品安全性法规的建立与执行应该以严格的检测手段为基准。同时应培养一批既懂得生物技术专业知识，又能驾驭法律的专门人才。 4.加强宏观调控：有关决策层应对转基因产品的