转基因技术对食品安全的影响

第五章转基因技术对食品安全的影响第一节概述第二节转基因技术对生态环境和食品安全可能造成的影响第三节转基因食品的安全性评价及法规管理,第一节概述一、转基因技术基本内容转基因技术（transgenictechnology）又叫DNA重组技术（DNArecombinationtechnology），即利用一系列实验技术，将一个生物体的遗传信息（操作对象是遗传信息的载体DNA）转入到另一个生物体中。,（1）目的基因（objectivegene）获取。提取供体（donator）生物的基因，用限制性内切酶切割、分离出特定的基因片段人工合成目的基因。目的基因又叫靶基因（targetgene）、外源基因（foreigngene），它含有一种或几种遗传信息的全套密码（code）。,（2）载体制备并与目的基因体外重组。制备载体（vector）DNA，如质粒、病毒或噬菌体等。把获得的目的基因与制备好的载体用DNA连接酶连接组成重组DNA分子，此重组DNA分子又叫重组体（recombinant）。,（3）将重组DNA分子转入到受体（receptor）细胞，使之在受体细胞中复制保存。转化（transformation）：用质粒做载体；传染（transfection）：用未包装蛋白质外壳的噬菌体DNA做载体；转导（transduction）：用包装蛋白质外壳的噬菌体DNA做载体。受体细胞（宿主细胞，hostcell）可以是：原核生物或真核生物；微生物、植物或动物。,重组DNA导入受体细胞方法：显微注射法（microinjection）。基因枪（微弹技术）（genebombardment）。电激法（electroporation）。脂质体介导法（lipidosomemediate）激光导入法（lasermicropuncture）等。,基因枪（微弹技术）,（4）转化了重组DNA的受体细胞的筛选和鉴定。噬菌斑（negativecolony）筛选法：适于病毒或噬菌体作载体形成的重组子筛选。标记基因（markergene）筛选法：适于质粒作载体形成的重组子筛选。选择培养基筛选法：适于目的基因可在受体菌表达并能弥补受体菌营养缺陷的重组子的筛选。核酸探针（probe）筛选法：免疫分析筛选法：等。,（5）对含有重组DNA的细胞进行大量培养，检测外源基因是否表达。产物酶活性法免疫吸附（immuneadsorption）反应法等。重组体鉴定：将转化的重组体，经过培养使其形成一定的菌株和品系后，再检验它们在生长发育、传种接代过程中是否保留了已获得的外源基因。报告基因检测法；目的基因分子杂交检测法。,报告基因（reportgene）检测法。构建目的基因时将报告基因构建在一起，报告基因随目的基因一并导入受体细胞。报告基因要求：受体细胞本身不存在，对受体细胞无损害，易于检测。目的基因分子杂交检测法。已知目的基因片段制作探针与待测样品的基因片段进行核酸分子杂交，判断两者同源程度，以鉴定目的基因在受体细胞是否转录，是否表达。,BT玉米的开发,二、转基因技术在食品生产和加工中应用1、生产转基因食品利用转基因技术得到的新型生物叫转基因生物，又叫遗传饰变生物（geneticallymodifiedorganism，GMO），即用遗传工程的方法将一种生物的基因转入到另一生物体内，从而是接受外来基因的生物获得它本身所不具有的新特性。含有转基因生物成分或者利用转基因生物（植物、动物、微生物）生产加工的食品，称为转基因食品（GMF），包括食品原料及食品添加剂。,1983年世界首次报道转基因烟草和马铃薯。1989年首例转基因工程菌生产的凝乳酶获批在奶酪工业中应用（瑞士），1994年首批转基因植物获准进行商品化生产（美国），如延熟番茄，抗除草剂棉花等。转基因作物主要是大豆、玉米、棉花、油菜，其次是西红柿、马铃薯、甜椒、烟草、南瓜等。主要种植国：美国、阿根廷、加拿大和中国。,转基因作物优点：解决食物短缺。增加食品品种。改进营养成分。增强作物抗病虫害、抗逆性能。延长食品货架期等。,2、改造食品微生物（1）改良微生物菌种。如面包酵母转入有关酶基因后，其麦芽糖透性酶和麦芽糖酶含量大大提高，生产出面包CO2多，膨发性好，松软可口。将大麦中-淀粉酶转入啤酒酵母，这种酵母可直接利用淀粉进行发酵生产啤酒。（2）生产酶制剂。如凝乳酶的生产，把小牛胃的凝乳酶基因转移到细菌或真核生物中，再培养生产出凝乳酶。1990年美国FDA已批准在干酪生产中使用这种凝乳酶。,3、改善食品原料的品质改良动物、植物食品原料品质，改善园艺产品采后品质。4、改进食品生产工艺5、生产食品添加剂（如氨基酸）和功能性食品。,第二节转基因技术对生态环境和食品可能造成的影响一、转基因技术对生态环境可能造成的影响1、基因转移问题。植物间传粉也可能将基因转移给环境中的野生近缘种，也可能将基因转移给同一物种的其它植物。2、杂草化问题。转基因植物本身可能演化为杂草。可能将一些抗病虫害基因、抗逆基因转移给野生近缘种或杂草，产生“超级杂草”。,3、生物多样性问题。转基因植物的新性状不仅对目标生物种群大小、进化速度产生直接影响，也可对非目标生物产生直接或间接影响。4、抗病毒转基因问题。转入的病毒基因可能与侵染该植物的其它病毒进行重组，产生出新的病毒。5、毒性和过敏问题。大多数转基因生物作为人类的食品或动物饲料，如转入的外源基因增加了受体作物的毒性或其产物是人类的过敏源，那将引起中毒和过敏的可能性。,二、转基因技术对食品可能造成的影响目前还没有足够的证据表明转基因食品对人类健康有害或无毒。否定观点认为：转基因生物所使用的一些基因有的来自病毒和细菌，可能引发不致命的疾病，有些需很长时间才能表现和检测出来。对人类健康、生存环境造成威胁，还可能引起伦理、宗教、文化等方面不良后果。,肯定观点认为：转基因生物如同自然界物种进化的变异体，对其食品安全性评价可采用现今被认可的“实质等同性”原则。转基因作物有许多优点：解决食物短缺。增加食品品种。改进营养成分。增强作物抗病虫害、抗逆性能。延长食品货架期等。,1、转基因食品外源基因的食用安全性外源基因含两大类：目的基因：人们期望宿主生物获得的某一或某些性状的遗传信息载体。标记基因：在遗传转化过程中，筛选和鉴定转化细胞、组织时，需要一些起帮助作用的基因，这类外源基因叫标记基因。有时标记基因本身也就是目的基因，如除草剂抗性基因。,选择标记基因：如抗生素抗性基因，除草剂抗性基因等。报告基因：如黄类素酶、氯霉素乙酰转移酶，绿色荧光蛋白酶等。转基因食品外源基因食用安全性：有无直接毒性；是否会水平转移。（1）有无直接毒性目前转基因食品所用外源基其组成与普通DNA并无差异；转基因食品中外源基因的含量很少。目前未发现外源基因的食用有直接毒性。,（2）基因水平转移的可能性。外源基因是否会水平转移至肠道、微生物或上皮细胞，并成功结合和表达，影响到人和动物安全？目前结论可能性很小。植物DNA在进入人肠道微生物存在的小肠下段、盲肠、结肠前已被降解。即使有DNA存在，其转移整合受体并进行表达也是一个非常复杂的过程，需要有合适的调控系统。肠上皮细胞半衰期很短，被不断取代。目前尚未发现有植物DNA转移至肠微生物和肠上皮细胞的现象。,2、未预料的基因多效性（genepolypheny）由于外来基因的插入，宿主原遗传信息被打乱，可能发生一些意外效应。但目前尚无这方面的报道。（1）位置效应。外源基因插入位置，宿主某些基因可能被破坏，可能诱发某些沉默基因（silentgene）的表达。（2）干扰代谢作用。插入基因的产物可能与宿主代谢途径中的一些酶相互作用，干扰代谢途径，使某些代谢物在宿主体内积累或消失。（3）改变食品营养品质。增加或降低。（4）潜在毒性。外源基因可能提高天然植物毒素基因的表达，如土豆茄碱、豆类蛋白酶抑制剂基因等,3、转基因食品中外源基因编码蛋白的安全性外源基因编码蛋白有无直接毒性、过敏性和抗药性。（1）外源基因编码蛋白有无直接毒性。据外源基因编码蛋白的化学组成，将其与已知毒性蛋白的化学组成进行同源性比较，判断其毒性。采用动物实验方法，评判外源基因编码蛋白的毒性情况。,（2）外源基因编码蛋白有无过敏性。过敏蛋白特点：具有T细胞和B细胞的识别区。可产生专一的免疫球蛋白（IgE）抗体。从以下几方面判断外源基因编码蛋白有无过敏性：外源基因是否编码过敏蛋白。两类蛋白（外源基因编码蛋白、过敏蛋白）的氨基酸序列是否有免疫学上的明显内源性。外源基因编码蛋白属某类蛋白成员，此类蛋白家庭的某些成员是否过敏蛋白。,（3）外源基因编码蛋白有无抗药性。目前转基因植物食品中常用的标记基因是抗生素抗性基因，因此食用这些含抗生素抗性基因的转基因食品是否会产生抗药性是转基因食品安全性评价的又一方面。,第三节转基因食品的安全性评价和法规管理一、转基因食品的安全性评价安全性评价是安全管理的核心和基础之一。1、转基因食品安全性评价目的保障人类健康和环境安全。回答公众疑问。促进国际贸易，维护国家权益。促进生物技术的可持续发展。提供科学决策的依据。,2、转基因食品安全性评价的原则（1）实质等同性（substantialequivalence）原则（2）预先防范（precaution）原则（3）个案评估（casebycase）原则（4）逐步评估（stepbystep）原则实验室研究中间试验环境释放生产性实验商业化生产（5）风险效益平衡（balanceofbenefitsandrisks）原则（6）熟悉性（familiarity）原则,3、转基因食品安全性评价内容遗传工程体的特性分析，实质等同性分析。（1）遗传工程体（GMO）的特性分析。这有助于判断某种新食品与已有食品是否有显著差异。供体：来源、分类、学名、食用历史、关键营养成分、是否有毒性史、过敏性、传染性、抗营养因子、生理活性物质、与其它物种关系等。被修饰基因及插入的外源DNA：来源、结构、功能、用途、转移方法、介导物的名称、来源、特性及安全性。受体：与供体相比的表型特性和稳定性、外源基因拷贝量、引入基因的功能与特性、引入基因移动的可能性等。,（2）实质等同性分析1993年经济合作发展组织（OCED）在绿皮书现代生物技术食品的安全性评价：概念与原则中，提出对现代生物技术食品采用实质等同性（substantialequivalence）的评价原则。实质等同性比较内容：生物学特性比较：主要营养成分比较：天然有毒物质比较：抗营养因子比较：过敏原比较：,生物学特性比较：比较形态、生长、产量、抗病性、繁殖性、生理特性等。主要营养成分比较：比较蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素等。天然有毒物质比较：如番茄中的-番茄素，马铃薯中茄碱，葫芦科作物的葫芦素等。抗营养因子比较：抗营养因子是指能够影响人对食品中营养物质的吸收和对食物消化的物质，如豆科作物的蛋白酶抑制剂、脂肪氧化酶及植酸等。过敏原比较：过敏原（allergen）是指能够造成某些人群食用后产生过敏反应的物质。过敏蛋白质在加工过程及消化过程中不易被降解，不易被糖基化。,应用实质等同性原则评价转基因食品时，应根据不同国家地区、不同文化背景、不同宗教习俗差异进行评价。1996年，FAO/WHO将转基因植物、动物、微生物产生的食品分为三类：与现有传统食品具有实质等同性。除某些特定差异性外，与传统食品具有实质等同性。与传统食品无实质等同性。,如完全实质等同，则不考虑毒理和营养方面安全，两者同等对待。如存在某些特定差异（如引入的遗传物质是否改变内源成分、是否产生新的化合物等），这时评价主要考虑外源基因的产物和功能，针对一些可能存在的差异和主要营养成分进行比较分析。如无实质等同性，并不意味着一定不安全，但必须进行新食品的安全性和营养成分评价。,4、转基因食品安全评价方法实质等同性比较法；等同性与相似性比较法；Fangan改良法；树状决策法。（1）实质等同性比较法。遵循实质等同性原则，将两类生物进行比较。美国FDA两步评价法：对目的基因及相应产物进行评价。对宿主接受外源基因后出现的意外性状进行评价。,（2）等同性与相似性结合比较法。国际生命科学学会（InternationalLifeScienceInstitute，ILSI）欧洲分会于1996年提出“等同性”与“相似性”相结合比较法（Safetyassessmentoffoodbyequivalenceandsimilaritytargeting，SAFEST）。将转基因食品分为3个等级：实质等同或极为相似。十分等同或非常相似。既不等同也不相似。,（3）Fangan改良法。FanganJB于1996年提出对已知毒素、过敏原、营养成分的检测，查明寄生植物原有的过敏原、毒素是否存在、营养成分是否变化。对未知毒素、过敏原鉴定，通过动物实验和人体经验，明确是否有不良反应。此外还要进行市场信息反馈和社会调查，验证其安全性。,（4）树状决策法。1998年国际生物技术委员会和国际生命科学研究院提出，常用于潜在过敏性评价。5、食品安全评价中几个主要问题（1）过敏原问题。（2）毒性物质问题。（3）抗生素抗性标记基因问题。（4）营养成分和抗营养因子问题。（5）对生态环境可能造成的影响问题。,二、转基因食品的法规管理1、转基因生物/食品按规定程序进