转基因食品安全性研究现状

转基因食品安全性研究现状

自1983年获得世界第一次运动成功以来，以转移技术为核心的现代生物技术迅速发展。目前转基因成功的植物已超过120多类,3000多种转基因植物已被各国批准进入田间试验。全球转基因农作物种植面积大幅度增长,1999年已达3900万公顷,其市场价值达30亿美元。转基因食品将在未来的国际市场占据越来越重要的地位。随着转基因技术作物食品的商品化生产,食品安全性越来越受到广泛的关注。传统的毒理学的食品安全性评价方法已不能完全适应转基因技术食品。从20世纪90年代起,联合国粮农组织和世界卫生组织多次召开联合专家咨询会议,专门讨论生物技术食品安全评价时的一般性和特殊性的问题,并督促各国政府建立一个完善的食品法规,以适应转基因食品的发展需要,并使此法规与不断发展的新技术相适应。人们对目前转基因食品的担忧基本可归为以下3类:①转基因食品里加入的新基因在无意中对消费者造成健康威胁;②转基因作物中的新基因给食品链其他环节造成无疑的不良后果③人为强化转基因作物的生存竞争性,对自然界多样性的影响。其中人们最为关心的是转基因食品对人体健康是否安全?转基因食品与市场销售的常规食品相比,有无不安全的成分?这样就需要对其主要营养成分、微量营养成分、抗营养因子的变化、有无毒性物质。有无过敏性蛋白以及转入基因的稳定性和插入突变等进行检测,重点是检测其特定差异。此外一个比较集中的问题是转基因产品标记基因的安全性评价。目前,国内外关于转基因食品和转基因食品成分安全性评价可概括为以下几点:①转基因食品中基因修饰导致的“新”基因产物的营养学评价(比如营养促进活血法、抗营养因子的改变),毒理学评价(如免疫毒性、神经毒性、致癌性或反制度性)以及过敏效应(是否为过敏源)②由于新基因的编码过程造成现有基因产物水平的改变③新基因或已有基因产物水平法上改变后,对作物新陈代谢效应的间接影响,如导致新成分或已存在成分的改变④基因改变可能导致突变,例如:基因编码或控制序列被中断,或沉默基因被激活而产生新的成分,或是现有成分的含量发生变化⑤转基因食品和食品成分摄入后基因转移到肠道微生物引起的后果。⑥遗传工程体的生活史及插入基因的稳定性。当然还有一些其他方面的问题,比如转基因和食品成分释放入环境安全性问题,这属于环境安全性问题,暂时不讨论。1转世生物食品的安全评价1.1其他具体的安全性评价在考虑转基因生物食品时,对遗传工程体(GMO)的特性分析是第一个要考虑的问题。分析遗传工程体本身的特性,有助于判断某种新食品与现有食品是否有显著差异。分析的内容主要包括:供体、基因修饰及插入DNA、受体这三个方面。供体的分析主要集中在供体的来源、分类、学名;与其他物种的关系;作为食品使用的历史;含有独立时;过敏性;传染性(微生物);是否存在营养因子和生理活性物质;关键性营养成分。基因修饰及插入的分析包括介导物和基因构成;DNA成分描述,包括来源、转移方法;助催剂活性。受体的分析包括与供体相比的标型特征;引入基因表现水平和稳定性;新基因拷贝量;引入基因移动的可能性;引入基因的功能;插入片段的特征。需要说明潜在危险并不等于现实危险,因此不能一提到安全性评估便认为转基因植物已存在固有的实际危险。目前国际上普遍认为:潜在危险性=有害概率×有害程度。此外还应考虑其带来的巨大经济利益的有利的一面,即权衡利弊,判断转基因植物所能存在的危险是否能被接受。即可接受危险=有害概率×有害程度产品效益=有害概率×有害程度产品效益转基因食品安全性评价的程序基本上包括这样几个方面:①新基因产品的特性的研究;②分析营养物质和已知毒素含量的变化;③潜在致敏性的研究;④转基因食品与动物或人类的肠道中的微生物群进行基因交换的可能及其影响;⑤活体和离体的毒理和营养评价。目前转基因食品安全性评价的最为实际的途径是使用实质等同性原则(substantialequivalence)。这一原则是经济合作组织1993年提出的。其概念是:如果某种新食品或食品成分与已经存在的某成分在实质上相同,那么在安全性方面,前者可以与后者等同处理及新食品与传统食品同样安全。需要指出实质等同性本身并不是危险性分析,而是对新食品与传统市售食品相对的安全性比较。它是一种动态的过程,既可以是很简单的比较,也可能需要很长时间,这完全取决于已有经验和食品成分的性质。GMO的安全性评价必须考虑由于食品来源中的基因修饰而导致的预期效应和意外变化。基因修饰可能导致生物表型的未预料的效应,如生长的变化、环境适应性的减弱等。通常这些效应可以很容易的被排除出去,但也有某些未预料效应如关键营养成分浓度的变化、天然毒素水平的升高等,如没有特定的安全性评价是不容易被发现的。实质等同性的概念将基因工程食品归为三类:①转基因食品或食品成分等同于现有的食物如果某一转基因或成分与某一现有食品具有实质等同性,那么就没有必要考虑独立和营养方面的安全性,两者应同等对待。如转病毒外壳蛋白质基因的抗病毒植物及其产品。因为传统产品就含有病毒,人们长期使用后并未见有中毒史,故对这类产品可不必进一步的安全性评估。②除了某些特定差异外,与现有食品具有实质等同性如果除了新出现的性状,该食品与现有食品具有实质等同性,则应该进一步分析两种食品确定的差异,包括:①引入的遗传物质是编码一种蛋白质还是多种蛋白质,是否产生其它物质②是否改变内源成分或产生新的化合物,引入DNA和信使RNA(mRNA)本身不会有安全性问题,因为所有生物体的DNA都是有四种碱基组合而成的,但应对引入基因的稳定性及发生基因转移的可能性作必要的分析。比如转Bt基因的抗虫植物,或转入新的蛋白基因后获得的抗病植物及其产品。其安全性评估应集中针对插入基因的表达产物,不应过分强调去分析其它形状,也不必考虑DNA或mRNA本身是否有毒性,因为所有生物的DNA构成元素都是一样的。新食品的安全性评估应主要考虑基因产物及其功能,即蛋白质的结构、功能和特异性,以及食用历史。此类信息应该在前期进行评价,然后决定是否需要,以及采用何种适合的安全评价方法来确定蛋白质的安全性。目前已知只有少数蛋白质对脊椎动物有毒性(包括细菌毒素和动物毒素),这些蛋白的特性多数基因明确。了解引入基因/蛋白质的来源、序列及其功能,便可明确其蛋白质的安全性。通常人们对通过基因修饰引入食品中的蛋白质已经了解得比较清楚,而且已知它不对脊椎动物产生毒性作用。若在研究中发现该蛋白质不表现出特异的功能,一般不需要做进一步的安全测试。若通过证实与已知蛋白质毒素、过敏源不具有类似的氨基酸顺序,可以在模拟哺乳动物胃、肠环境下进行蛋白质快速水解来测定其水解速率。若蛋白质不能被快速降解,则应考虑进一步的检验如急性毒性试验、过敏检测等。蛋白质具有酶的功能,则可产生碳水化合物、脂肪、油或小分子化合物。对碳水化合物来说主要是淀粉的改造,如直链淀粉和支链淀粉的含量分枝性。这种修饰的淀粉可能在功能和生理上与食品通常存在的淀粉一样,因此不会引起任何特殊的安全性问题。但是若水果或是蔬菜中产生了高浓的这样的不易消化的碳水化合物(正常情况下蔬菜和水果中很低),或者经修饰后可将易消化的碳水化合物转成不易消化的形式,则应对其营养和生物功能作进一步分析。③某一食品没有比较的基础,即与现有食品没有实质等同性若某一食物或食物成分没有比较的基础,也就是说,没有相应或类似的食品作为比较,这并不意味着他一定不安全,但必需考虑这种食品的安全性和营养性。首先应分析受体生物、遗传操作和插入DNA、遗传工程体及其产物特性如表型、化学和营养成分等,若插入基因功能不很清楚,同时应考虑供体生物的背景资料。1.2食品安全评价的一些问题1.2.1营养方面的问题食物过敏是一个世界关注的公共卫生问题。有资料表明有近2%的成年人和4%~6%的儿童患有食物过敏。食物过敏是指食品中存在的抗原分子的不良免疫介导反应。过敏反应是免疫球蛋白E(IgE)与过敏源的相互作用引起的。实际上所有的过敏源都是蛋白质,尽管食物中含有多种蛋白质,但只有几种蛋白质是过敏源,并且只有某些人对其过敏。目前为止发现的过敏性物质一共有93种。值得注意的是过敏蛋白受环境因素的影响。比如北美和西欧的人群花生过敏的频率很高,但在其他食用花生的国家则极少发生。由于食品的进口和出口增加,近几年已经认为进口食品是食品过敏的新来源,所以改变膳食结构在引起过敏反应中有重要的作用。对过敏反应的安全评价程序首先是了解被转移的基因来源的特征。若编码一种蛋白质的基因来自于已知的过敏源,或其蛋白质氨基酸序列分析结果显示其有过敏的可能性,并且其编码蛋白在基因工程体的食用部分表达,则需对此进行检测以确定是否编码某种过敏源。1.2.2微管相关基因突变许多食品生物本身就能产生大量的毒性物质和营养因子,如蛋白酶抑制剂、溶血剂、神经毒素等以抵抗病原菌和害虫的入侵。现有食品中毒素含量并不一定会引起毒效应,当然如果处理的不得当,某些食品(如木薯)能引起严重的生理问题甚至死亡。评价的原则应该是:转基因食品不应含有比其他同种食物更高的毒素含量。生物体在进化过程中往往会产生因突变而不再发挥作用的代谢途径——沉默途径(silentpathway),其产物或中间物可能含有毒素。在转基因变种中,沉默途径有可能被激活,低水平的毒素可能在新变种中被高水平表达,从理论上讲任何基因转入的方法都可能导致GMO产生不可预知的变化,包括多向效应。靠设计一个实验来鉴别这些效应是不可能的,目前可考虑的方法包括mRNA分析、基因毒性和细胞毒性分析,当然根据评价目的设计动物喂养试验也是可以的,模型动物应有广泛的代表性,而不应限于哺乳动物。1.2.3细菌、微生物的干扰目前应用的抗生素抗性基因、除草剂抗性标记基因等。对抗生素抗性基因的安全性考虑之一是,转基因植物中的标记基因是否会在肠道中水平转移(horizontalgenetransfer)至微生物。从而影响抗生物治疗的有效性。对于抗生素疗效潜在影响的评估要考虑下列因素:表达产物的功效和特异性;表达蛋白的消化能力;表达蛋白的表达量;胃肠道任何必须协作因子的可利用性;人类或动物抗生素的使用。目前尚无基因从植物转移到肠道微生物的证据,也没有人类消化系统中细菌转化的报告,可见这种基因水平的转移可能性极小,但在评估任何潜在健康问题时,都应该考虑人体或动物抗生素的使用以及胃肠道微生物对抗生素的抗性。目前普遍认为nptⅡ蛋白(新霉素磷酸转移酶)不存在安全性问题,美国FDA已批准番茄、棉花、油菜等中使用nptⅡ。1.2.4微生物的安全性评估由于微生物之间可以进行基因转移,评估肠道基因转移的可能性必须给予遗传工程体的性质和基因构建的特点。如果转入基因未能增强受体微生物的任何生存特性,就不必做进一步的安全评估了。如果该基因功能表明能加强微生物的生存能力,那么就有必要对该基因进行安全性评估。对于微生物遗传工程体安全性的考虑包括:载体需作修饰,以尽量减少基因转殖到微生物的可能性;来自重组微生物的食品中应不含有活菌,不应在重组微生物中使用目前在治疗中有效的抗生素抗性标记。重组微生物的致病性也需要考虑。用作食品或在食品加工工程中使用的微生物必须是已知的、或已经经过严格动物实验,已证明无致病性的。如在肠胃中的存活、生长和繁殖能力,通过转化、转导或结合等交换质粒的能力。1.2.5动物模件的安全性哺乳动物本身的生长、发育和繁殖能力是安全性的重要内容,因为引入的遗传物质产生的不利后果一般会反映在生长、发育和繁殖能力上。原则上,健康的哺乳动物可作为人类食品,但考虑到某些鱼类和无脊椎动物含有毒性物质,动物本身在一定程度上能抵抗这些毒素,因此并不能保证来自健康动物就一定是安全的,转基因动物食品的安全性好要考虑的是用于饲喂动物的药物、饲料的安全性。目前市场上一些技术已被认可少量应用于动物增重或提高动物食品质量。这些药物只要良好的被控制,肉类中激素水平可以保持正常的生理范围内,对消费者不会造成安全性问题。因此这类激素肉类食品不需进一步的安全性分析。1.2.6具有巨大的应用潜力用转基因植物、动物或微生物来生产功能性食品或食品添加剂,具有巨大的应用潜力。有些食品除某些差异外,与现有食品具有实质等同性,另一些(包括仅在动物乳腺中表达化合物后的肉类)则与传统食品完全等同,第三类则与传统食品无实质等同性。1.2.7使用生物过程中的数据库和利用传统模式的知识,可将现对于转基因食品的成分比较合适和实质等同性的分子在很大程度上要依赖建立各类与转基因食品相关的数据库和利用现有的数据库,包括使用生物的营养成分、毒性物质、过敏源等方面的数据库。此外,为便于有关转基因食品的新品种的注册和安全性评估,还必须对现有商用品种的关键营养成分及毒性物质数据库进行定期的更新。分子生物学数据库也是有助于评价转基因食品安全性的重要信息来源。1.2.8研究对象的局限性前面已经提及,许多的转基因食品安全性评价工作都用整个的转基因食品进行急性实验动物毒理实验。然而,用全食物饲喂动物的实验有一定的局限性,它很难检测出食品中的微小变化,食品学家和营养学家比较反对在进行转基因食品安全评价时使用全食物饲喂研究的方法。国际食品生物技术委员会(IFB