转基因食品安全性研究

转基因食品安全性研究南炳东甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州（730070）E-mail：[e-mail]摘要：生物技术的快速发展，在转基因食品方面取得了令人瞩目的发展，它带给人类巨大利益但是也发现了一些不容忽视的问题主要表现在对人体健康可有一些影响。本文综述了转基因食品带来的潜在危险主要包括过敏反应，毒性问题，抗生素抗性和它的安全性评价。关键词：转基因食品过敏反应安全性评价实质等同性中图分类号：Q781.引言进入了21世纪，全球人口的急剧增长，人类对自然资源的索取也越来越严重。而地球的资源是有限的，但生物技术的飞速发展和转基因技术的出现，提高了作物的各种生物和非生物的逆境抗逆性，为解决世界粮食不足，做出了巨大贡献，转基因技术改良和培养了新品种，促进快速了生长提高了产品产量和质量，而且大大降低了成本，产品的口味更佳。给人类带来了巨大的经济效益和社会效益。但是转基因生物动摇了传统农业生物种类，由于近几年出现的食品恐慌事件：巴西过敏事件（1996），转基因马铃薯引起大鼠器官发生异常（1998），星联Bt玉米事件（2000）等[1]，转基因食品的安全也让人类质疑。2.转基因食品的概念自1983年转基因烟草和马铃薯成功问世以来，在美国农业部（USDA）和美国食品与药物管理局（FDA）于1994年将第一个转基因植物食品—延熟保鲜转基因番茄推向了市场化生产，转基因农作物种植面积迅速扩大。美国批准商业花种植的转基因农作物品种已有11种[2]。目前至少有18个国家进行了转基因作物的商业化生产，其中美国占全球的68%，阿根廷占全球的22%，加拿大占全球的6%中国占全球的3%这四个国家转基因作物总占全球的99%。而其中大豆玉米棉油菜4种转基因作物占全球种植总面积的16%而全球转基因作物中大豆和玉米的种植面积占转基因作物的总种植面积的82%，如加上棉花油菜比例增至99%[1][2]。在这短短的十余年时间转基因作物以及食品在市场很快占有一席之地，转基因食品也很快进入了人们的日常生活。转基因技术是以DNA重组技术为代表的转基因技术（Technologyofgeneticmodification）是利用分子生物学技术将某些生物基因移至到其他物种改造生物遗传物质，从而改变一个有机部分或全部特征，使其出现并不具有的特征[3]。经过转基因技术形成的生物被称为“基因修饰生物”（GMO）又“称遗传改良性生物或遗传修饰活体”（LMO）也称“转基因生物”它是“基因修饰食品”（GMF）的基础。我国习惯称之为“转基因食品”（GMF）。转基因食品包括转基因动物性食品[1]。转基因植物性食品，转基因微生物性食品。利用转基因技术生产的食品是现代生物技术和当代科学成功和进步的标志。3.转基因食品安全性的几个问题任何食品都要求安全有营养味美价廉。转基因食品的安全问题也成为消费者关注的首要问题，目前尚未发现转基因食品危害人类的确切证据，但是也没有充分的科学依据足以证明其安全毫无问题。因此转基因对人类健康的影响还很难做出准确而肯定的回答，它对人类的健康存在如下风险：3.1食品过敏食品过敏是人类食物史上一个由来已久的卫生问题。食品过敏常发生在某些特殊的人群，全球有近2%的成年人和4～6%的儿童有食品过敏史[4]。过敏反应是指机体再次接触抗原时引起的在数分钟内至数小时以内出现炎症为特点的反应。而食品过敏是对食物中存在的抗原分子的不良免疫反应。这些抗原分子主要是一些蛋白质，这些蛋白质有对T-细胞和B-细胞识别区，可以诱导人免疫系统产生免疫球蛋白E抗体[6]。大多食品过敏也是由IgE介导的。1999年国际食品法典委员会第23次会议公布了常见致敏食品清单，包括花生大豆牛奶鸡蛋鱼类贝类小麦和坚果等，90%过敏反应是有这8类常见致敏食品引起的[7]。一般的过敏食品都具有一些共同特点，如大多数是等电点PI＜7的蛋白质或糖蛋白，相对分子量在10000—80000；通常都能耐受食品加工加热和烹调操作等。一般而言，对人类过敏是很低的而转基因食品可能引入了外源性的目的基因后会使转基因食品遗传上新的基因，而产生一种新的蛋白质，这些蛋白质引起食用者或接触者过敏反应。经过大量研究表明几乎所有致敏原都是蛋白质，但在食物的多种蛋白质中只有少数几种是致敏原[8]。判断一种蛋白质是否具有致敏性主要有两个衡量标准一是蛋白质要有抗蛋白水解或热变性的能力，另一个是蛋白质可以或是已经发生了糖基化作用，因为蛋白质的糖基化的发生需要通过细胞膜来运输[9][10]。从现有知识来看如下转基因食品可能产生过敏性：〈1〉所有转基因编码一直过敏蛋白，〈2〉基因源含过敏蛋白，〈3〉转入蛋白与已知蛋白的氨基酸序列在免疫学上有明显的同源性，并且有8个连续氨基酸相同，〈4〉转入的蛋白质属与些蛋白的成员，而这些蛋白的家族中有些成员是过敏蛋白[10]11]。如肌动蛋白为一类小分子量蛋白，在脊椎动物无脊椎动物，植物及真菌中普遍存在，单在花粉蔬菜水果中的肌动蛋白抑制蛋白为交叉反应过敏原。针对基因食品的致敏问题，国际食品生物技术委员会与国际生命科学研究院和免疫研究所的专家会议提出了评价基因食品的潜在过敏性危险的科学方法，就转基因食品过敏性制定出了一种新的树状分析法[12]，该法主要分析了基因的来源，目标蛋白与已知过敏原的序列的同源性，目标蛋白与已知过敏病人血清中的IGE能否发生免疫反应及目标蛋白的特性对消化和加工的稳定性。如果此基因来源没有过敏史，应对其蛋白质进行氨基酸序列分析并其结果与已建立的各种数据库中的198种过敏原比较[13]，从而以分析序列同系物，结构相似，以及连续8种氨基酸所引起的变态反应的抗原决定簇和最小结构单位进行抗原决定簇符合性检验。如果这样评价不能提供潜在过敏的证据，则进行下一步应用物理及化学试验确定该蛋白质对消化及加工的稳定性。理由是对消化不稳定的蛋白质不大可能是过敏原[6]。如果氨基酸序列或化学分析没有阳性发现，则可确定该食物蛋白质没有潜在的过敏性。若编码一种蛋白质的基因来自于已知的过敏原或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遗传工程体的食用部分表达，则需对此进行检测以确定该基因是否编码某种过敏原[14]，这时可用食物过敏者血清对该蛋白质进行识别试验，还要利用统计学方法来估计所需实验血清的样本数。若该基因来自一种常见过敏原则需用14中血清，若免疫分析结果为阴性则大于99.9%的概率保证供体的主要过敏原未转入GMO，大于95%概率保证影响至少20%敏感人群的一种次要过敏原未转入GMO。体外免疫试验结果为阳性已充分证明转基因食品有过敏性[8][15]。如果基因来自未知是否过敏物，如病毒细菌昆虫非食品植物等，则分析就比较困难。分析这类蛋白质的第一步就是与已知过敏蛋白比较氨基酸序列，显著序列相似性要求至少有8个连续氨基酸相同。如果发现外源目标基因产生的蛋白质与已知的过敏原有序列同源性，就必须用对这一过敏源的过敏的人血清作免疫反应，阳性证明存在潜在过敏性[15]。转基因食品的过敏对人类健康存在极大的影响，因此对转基因食品的研究和对过敏原的评价也显得更加重要对转基因食品为人类更好服务做出更大贡献。3.2毒性问题1988年至1989年一家日本公司在利用基因重组微生物技术产出的L-色氨酸大量投到美国市场后引起37人死亡，1500人永久性的功能丧失。后来证明产品使用后会产生含有L-色氨酸的毒性二聚体产物[16]。在英国也发现还雪花莲凝集素的转基因土豆句用损害免疫系统和阻碍重要器官生长作用[17]。所以转基因食品是否具有危害性和毒性成为食用者考虑的首要问题。虽然迄今还没有说服力的研究报告表明转基因食品的毒性，但由于转基因作物可能产生“非预期后果”和种种毒性时间，因此在加工成的食品中存在潜藏的健康风险。目前，转基因作物大多数是直接用于饲料，有的则通过加工转化成他食品[18]。例如转基因大豆油菜籽等榨油生产的色拉油含有转基因成分。这类转基因生物加入了原来生物体没有的抗虫基因或抗除草剂基因，其本体有向变化，饲料中转基因被家畜食用后是消化分解排泄，还是在肌肉器官中富集，人食后有何影响在环境中如何循环同化，潜在风险如何目前还不得而知。而毒性物质是指那些有动物的化学物质，从毒理学方面毒性物质可以对各个器官和生物靶部位产生化学和物理化学的直接作用，因而引起机体损伤，功能障碍以及致癌甚至造成死亡等各种不良生理反应[19]。从理论上讲任何外源性基因都可能导致遗传工程产生不可预知的意外变化，其中包括多效应，依靠设计一个试验来鉴别这些效应是不可能的对于转基因食品首先应判断与现有食品有无实质等同性，对关键营养，毒素和其它成分进行比较。若受体生物有潜在的毒性还应检测起毒素成分有无变化，插入基因是否导致了毒素含量的变化或产生新的毒素。对新食品及与先有食品成分的化学组成比较可更好的对潜在效应进行估计。目前可考虑使用的检测方法包括mRNA分析，基因毒性和细胞性分析[20]。此外还可以进行代谢生化过程、毒理学、毒物动力学、慢性毒性、致癌性致突变生殖功能内分泌作用免疫学等多方面做安全评估。3.3抗生素抗性标记基因抗生素抗性标记基因主要应用于对已转入的外源基因生物体的筛选[21]。其原理把选择剂（如卡那霉素，四环素等）加入到选择培养基中使产生一种选择压力致使未转换的细胞不能生长发育而转入外源基因细胞因含抗生素抗性基因可以产生分解选择剂的酶来分解选择剂，因此可以在选择培养基上生长[22][23]。因为抗生素对人类疾病治疗关系重大，对抗生素抗性基因安全问题也是转基因食品安全评价主要问题。抗生素抗性基因安全应该考虑到：〈1〉抗生素抗性基因所编码的酶在消化是对人身体的直接效应，包括该产物是否是有毒物质，是否是过敏原或诱导其他过敏产生是否具有使口服抗生素失去疗效的潜在效应〈2〉抗生素抗性基因水平转入肠道上皮细胞肠道微生物的潜在可能性〈3〉抗生素抗性基因水平转入环境微生物的潜在可能性，一般水平转到环境微生物可能性非常小，〈4〉未预料的基因多效应。基因的多效应包括次生效应如插入位点和插入基因的产物引发的“下游”效应对代谢过程的影响[11][12][24]。如新霉素磷酸转移酶的标记基因可改变磷酸化状态。4.转基因食品安全性评价生物安全：广义指在一个特定的时空内，由于自然或人类活动引起的外来物种迁入，并由次对当地其他物种和生态系统造成改变和危害[25]。而狭义生物安全主要是通过基因工程技术产生的遗传工程体及其产品所带来的种种有害影响[26]。由于转基因食品为人类生活和社会进步带来了巨大利益同时，也可能对人类健康和环境安全造成负面影响，所以他的安全评价也越来越重要。4.1实质等同原则1993年经济合作发展组织（OECD）第一次提出了食品安全性分析的原则—“实质等同”原则是如果某个新食品或食品成分与现有的食品成分大体相同，那么它们是等同安全的[27]。即某一生物技术或其成分能够与市场上现有的对应产品比较，如过一种转基因产品能与现存的产品进行比较并且发现具有实质等同性，便能用现在产品同种方法对待[28][29]。OECD应用实质等同的概念将转基因食品分为三类4.1.1与现有食品及成分具有完全实质等同性如果某一转基因食品或成分与现有食品具有实质等同性那么就没有必要进行更多考虑其毒理和营养方面的安全性，两者应同等对待[4]。4.1.2除某些特定差异外与现有食品及成分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应该进一步分析这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中蛋白质是否产生其它物质〈2〉是否改变内源性成分或产生新的化合物。引入DNA和信使RNA本身不会有安全性问题，因为所有生物体的DNA都是有4种碱基组合而成。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[30][31]。新食品的安全性主