转基因植物及其食品安全性评估方法-

1、浙江农业学报A cta A griculturae Zhejiangensis 22(3:378383,2010转基因植物及其食品安全性评估方法徐俊锋,陈笑芸,孙彩霞,缪青梅(浙江省农业科学院农产品质量标准研究所,浙江杭州310021收稿日期:2009-10-13基金项目:浙江省重大科技专项(2008C12074;浙江省自然科学基金(Y3080502作者简介:徐俊锋(1977-,男,山西平陆人,助理研究员,博士,研究方向为转基因生物安全。E 2mail:njjfxu yahoo ;Tel:0571286415202摘要:转基因产业的迅猛发展使转基因食品从实验室走向餐桌,转基因食品的安全性已为全

2、世界所关注,它涉及到贸易壁垒和人体健康。文章从食品安全的内涵和外延出发,在实质等同性原则的基础上,从外源基因、遗传修饰、非预期效应等方面论述了转基因植物及其食品的安全性评估方法,以便为我国的转基因植物安全性评估和政府监管提供参考。关键词:转基因植物;遗传修饰;安全性评估;致敏原;生物毒素中图分类号:Q 753;R 15文献标识码:A 文章编号:1004-1524(201003-0378-06Safety a ssess m en t m ethods of geneti ca lly m od i f i ed (G M pl an ts and food der i ved from G M

3、 pl an tsXU Jun 2feng,CHE N Xiao 2yun,S UN Cai 2xia,M I A O Q ing 2mei(Institute of Q uality and S tandard for A gro 2products,Zhejiang A cade m y of A gricultural Sciences,Hangzhou 310021,China Abstract:Rap id devel opment of genetically modificati on (G M industry made G M food appear on the table

4、 fr om the laborat ory,thus the safety of G M f ood received world wide concerns,which involves trade barriers and hu man health .I n this paper,the methods of safety assess ment of the transgenic p lants and food derived fr om transgenic p lants were discussed according t o the connotati on and ext

5、ensi on of f ood safety,and foreign genes,genetic modificati on and unin 2tended effects were analyzed on the basis of substantial equivalence p rinci p le .Fra me work of food safety assess ment of G M 2p lants was described syste matically,which will be a reference t o Chinese G M p lants safety e

6、valuati on and gov 2ern ment supervisi on .Key words:transgenic p lants;genetic modificati on;security evaluati on;allergenicity;natural t oxins自首例转基因番茄“F LAVR S AVR ”于1994年在美国批准商业化生产以来,越来越多的转基因作物被批准在不同国家和地区商业化种植,至2008年全球转基因作物的种植面积比1996年扩大了74倍之多,12年里种植面积累计约为8亿h m 21。2008年,全球25个国家,1330万农户种植转基因作物,包括25

7、国家,30个国家批准进口转基因的粮食和饲料;共有24种农作物的144个转化体获得670项批准2。转基因产业的迅猛发展使转基因食品从实验室走向餐桌,因此系统完善的转基因植物及其食品安全性评估体系建设已迫在眉睫。本文以国际食品法典委员会(CAC 标准为基础3,4,结合目前转基因植物研究及其评价进展6-11,系统描述了转基因植物及其食品安全性评价方法,以便为我国的转基因植物安全性评估提供参考。1食品安全性评估概述食品是化合物的复杂混合物,其特点为组成成分和营养价值的变化较大,用动物实验较难测试与整个食品有关的风险。由于对整个食品的毒理试验和风险评估程序有困难,可利用实质等同原则,采取更为重点突出的方

8、法对食用植物进行安全性评估8,10,包括对转基因植物本身的安全性评估。实质等同是安全性评估过程中关键的一步。通过鉴定新食品与其传统对照物之间的相似性和差异,可确定潜在的安全性和营养问题,它被认为是迄今为止对转基因植物及其食品安全性评估的最适策略9-11。安全性评估实验,应根据科学理念和原则进行设计,如有可能,依据良好实验室操作规范进行。考虑到营养成分含量或营养价值的变化对膳食的影响,这类评估的期望是要得出新食品与传统对照物是否一样安全的结论。实际上,安全性评估的结果是对正在审核的产品进行定义,让风险管理者来决定是否需要采取措施,如需要,则及时通知并作出适当决定3。2转基因植物遗传修饰的安全性评

9、估2.1转基因植物评估应提供的信息要进行安全性评估的转基因植物应提供如下信息:植物的鉴别、转化事件及其转化的类型和目的,这类信息应有助于理解所提交的供安全性评价的食物的性质4,10。2.2宿主植物及其食物应用宿主植物应提供综合信息4,5:(1通用名或普通名称:学名及分类学的类别;(2通过育种的栽培和发育史,鉴别可能对人类健康产生不良影响的特征;(3宿主植物安全性的基因型和表型的信息,包括已知的毒性或致敏性;(4作为食物消费的安全史。不仅提供宿主植物的有关表型的信息,而且也要提供相关品种及对宿主植物遗传背景有影响的、或将有重大影响的植物的有关表型的信息。食用史信息包括该植物是如何耕种、运输和贮藏

10、的,是否需要特殊的加工程序使该植物可以安全食用,以及该植物在膳食中通常的作用(如:植物的哪部分可食用,对特殊/亚人群食用该植物是否重要,它对膳食提供哪些重要的大量或微量营养素。2.3供体生物体应提供供体生物体及其相关品种的信息,特别需要确定供体生物体或与其密切相关的天然存在致病性或产生毒素的特征,或对人类健康有影响的其他特征(如:存在抗营养素。对供体生物体的描述应包括4:a普通名或通用名称;b学名;c分类学的类别;d与食品安全性相关的自然史的信息;e天然存在的毒素、抗营养素和致敏原的有关信息;对微生物而言,需要提供致病性以及与已知病原菌相关的信息。f除预期用途之外,还应提供过去和现在的食物供应

11、和接触途径(如可能作为污染物存在等相关信息。2.4遗传修饰(转基因提供足够的遗传修饰信息,以鉴定可能传递给宿主植物的所有遗传物质,信息包括4,10:(1转化的特殊方法(如:土壤杆菌介导的转化作用;(2修饰植物DNA的信息(如:辅助质粒,包括其来源(如:植物、微生物、病毒、合成物,身份鉴定和在植物中期望的功能;(3媒介宿主生物体,包括为了转化宿主生物体而用于生产或加工DNA的生物体(如:细菌。提供插入DNA的相关信息,包括:a遗传组分的全部特点,包括标记基因,调节及影响DNA功能的其他因素;b大小和鉴别;c在最终载体、构造中外源基因序列的定位和方向;d功能。2.5遗传修饰的特征为了更好了解转基因

12、植物对食品的构成和安全性的影响,应从分子生物学和生物化学方面对其遗传修饰(转基因特征进行综合鉴定。故需要提供以下相关信息和资料。(1插入植物基因组的DNA信息4,11。包括:a插入的遗传物质的特征鉴定;b插入位点的数目;c在每一插入位点,插入的遗传物质的组成情况,包括其拷贝数、插入DNA的顺序及其相邻区域顺序,这些数据足以鉴别由于外源基因插入而表达的任何物质;d分析转录或表达产物的信息,以便鉴别在食品中可能出现的任何新物质;e鉴定在插入DNA内的可读框或插入邻近的植物基因组DNA而创建的任何可读框,包括那些能导致融合蛋白质的可读框。(2在转基因植物中表达的任何物质。a基因产品(如:某个蛋白质或

13、某个未翻译的973徐俊锋等:转基因植物及其食品安全性评估方法RNA ;b 基因产品的功能;c 新特征表型;d 在转基因产品中基因的表达水平和部位,植物中的代谢水平,特别在可食用部分;e 如果表达序列、基因的功能是改变某个特殊内源性使核糖核酸(mRNA 或蛋白质的蓄积,如有可能,要有靶基因产品的量。(3额外信息。a 证明插入的遗传物质是否发生重排;b 证明氨基酸序列的修饰是否改变其翻译后修饰或影响其重要功能位点;c 证明是否已经达到修饰的预期效果,所有预期性状均已表达,并且能够稳定遗传。如果不能通过表型特征确定,有必要检查插入DNA 本身的遗传特性或相应的RNA 的表达;d 证明新表达的性状是否

14、如期在适当的组织内表达,其表达的方式和水平是否符合驱动相应基因表达的相关的调节顺序;e 是否有证据表明宿主植物的一个或几个基因受到转化过程影响;f 确认任何新的融合蛋白的身份和表达模式。2.6抗生素抗性标记基因的评估转基因应使用不会导致在食物中产生抗生素抗性的标记基因的转化技术,在评估含抗生素抗性标记基因食品的安全性时,应考虑以下因素4,11,12:(1所论及的抗生素在临床和兽医方面的使用情况及其重要性:某个抗生素是处理某些临床情况的唯一可用的药物(如用于处理某种葡萄球菌感染的万古霉素,在重组DNA 植物中,不应使用编码对这些抗生素有抗性的标记基因。(2食物中存在由抗生素标记基因编码的酶或蛋白

15、质,将降低口服抗生素的治疗效果:这种评估应预测口服抗生素可能被食物中存在的酶降解量,所要考虑的因素,如:抗生素的剂量,在曝露于肠道消化条件(包括中性或碱性胃的条件下可能存在的酶量,以及酶活性所需的辅助因子(如ATP 和评估食物中这类因子的浓度。如果对评估数据信息分析表明,抗生素抗性标记基因或基因产品对人类健康构成威胁,在食物中不应出现该标记基因或基因产品。如果食品生产中使用的基因编码物质会拮抗临床使用的抗生素,在食物中就不允许这类抗生素抗性基因存在。3最终用于食品或食品加工的转基因植物的安全性评估3.1表达物质(非核酸物质潜在毒性的评估4,14(1体外核酸技术引入外源DNA 导致植物体内新物质

16、的合成,这些新物质可能是植物食品的一部分,如:蛋白质、脂肪、碳水化合物和维生素等;也可能是引入DNA 表达产生的酶刺激产生的新代谢物。安全性评估应考虑新表达物质的化学特征和功能,鉴定转基因植物食用部分中新表达物质的浓度,包括其变异数和均值,考虑目前的饮食接触情况和对亚人群造成的影响。(2提供相应信息,以保证在供体生物体中的已知毒素或抗营养素编码基因没有转移到受体植物中(受体植物本身不表达这类毒素或抗营养素。与供体生物有关的常规食品加工技术,可能使其抗营养素或毒素失活、降解或消除。对蛋白质而言,潜在毒性评估的重点应放在分析该蛋白质与已知蛋白毒素和抗营养素(如:蛋白水解酶抑制剂、植物凝集素等的氨基

17、酸序列相似性、热稳定性或加工稳定性以及在典型胃肠道模式系统中的降解。(3新食物中的蛋白质与通常安全食用的蛋白质不相似时,需要进行适当的口服毒性研究。未曾安全食用的非蛋白物质的潜在毒性,应根据对该物质的识别、植物的生物学功能及膳食接触情况进行个案评估。根据传统的毒理学方法进行评估,包括:代谢、毒理代谢动力学、亚慢性毒性、慢性毒性、致癌性、生殖及发育毒性等。新物质可通过转基因植物分离,从其他来源合成或生产而获得,在这种情况下,该物质在生物化学、结构和功能上应当与转基因植物生产的物质相同。3.2关键组分的成分分析转基因植物关键组分的含量分析,特别是食物中典型组分的含量,应与在同等条件下种植的传统对照

18、物的等效组分进行比较。有时还要考虑与期望的条件下生长的转基因植物进一步比较(如使用除草剂,对观察到的任何统计学差异均应进行评估,确定其参数在自然变异范围内。083浙江农业学报第22卷第3期(2010年5月评估中使用的对比物,应当是比较理想的近等基因系。结合必要的曝露评估,比较具有重要营养意义或影响食物安全性的物质,确定其没有发生对人类健康造成不良影响的改变。植物材料应在具有环境代表性的试验点种植,试验位点的数目应足以准确评估在这个范围内组分的特征。同样,试验要有足够的世代,以满足对自然界各种条件有足够曝露的要求,为了减少环境的影响和在作物品种范畴内基因型自然发生差异的影响,每个试验位点应设重复

19、,应抽取足够数量的植物样本,利用足够敏感的方法检测关键组分变异4,15,16。3.3代谢物的评价某些转基因植物被某种方式修饰后可能导致食物中产生新的代谢物,或各种代谢物含量的改变,还应考虑到食物中累积的代谢物对人类健康可能产生的潜在不良影响。对这类植物的安全评估,需要调查食物中的残留物和代谢物水平,并评估营养素分布的任何变化。当确定食物中的残留物或代谢物有改变后,必须考虑对人类健康的潜在影响,使用常规程序(即:评估食物中的化学物对人类安全性影响的程序评估这类代谢物的安全性4。3.4食品加工对转基因植物潜在影响应考虑食品加工(包括家庭制备食品对转基因植物潜在影响。如:加工后,内源性有毒物对热的稳

20、定性及重要营养素的生物有效性均可能发生改变,因而应提供该植物配料加工生产条件的信息,以植物油为例应提供提炼以及后精炼步骤的全部信息。3.5营养修饰评估目标是改变营养质量或功能的转基因植物食品,应经过额外增加的营养评估,以评价这种改变的结果,同时考虑将此类食品引入食物供应是否会改变其营养素的摄入量。如果已知某种食物的食用模式、食用情况及其各种衍生物的信息,这些信息用于估计来源于转基因植物食物的可能摄入情况,应用该种食物的期望摄入量来评价在习惯用量和最高食用水平时,其营养素的变化对营养的影响。根据可能的最高食用水平估计在习惯用量和最高食用水平时,其营养素的变化对营养的影响。对特殊人群,像婴儿、孕妇

21、、乳母、老年人及患慢性病或免疫功能低下的人群,应特别关注其生理特点和代谢要求。根据营养影响分析和亚人群的膳食需求,有必要进行额外的营养评估,要明确营养素的修饰达到什么程度才是生物有效的,并随着时间、加工和贮存仍保持稳定。由于对食物的消费模式存在地域和文化差异,某种特定食品在营养成分上的改变,应确定受影响的特殊人群。若来自转基因植物食品的营养素的期望性能发生改变,或者其组分与传统食物不能相比,可能还需要动物饲养试验。3.6对人类健康有严重影响的可能累积物质的评估有些转基因植物可能表现一些特性,如耐除草剂等,这些特性可能间接导致一些物质(如农药残留物累积的可能性,这些受到改变的代谢物(残留、有毒的

22、代谢物、污染物可能关系到人类健康,安全性评估应考虑这种累积的可能性,应制定评价这些化合物安全性的常规程序(如评价化学物对人类安全性的程序。4致敏性评估在转基因植物的最终食物中,应评估可能存在的所有新表达的蛋白质是否会引起过敏反应。4.1评估策略评估任何新表达的蛋白质致敏的可能性,首先要确定:引入蛋白质的来源;该蛋白质的氨基酸序列与已知致敏原的氨基酸序列之间是否显著相似;该蛋白质的结构特性,包括其对酶的降解作用,对热的稳定性或酸处理和酶处理的易感性。由于没有一种单一试验可以完全预测人的I gE(免疫球蛋白E对经口曝露可能产生的反应,鉴定新表达的蛋白质的第一步应将新表达蛋白质的氨基酸序列与已知致敏原的氨基酸序列及某些理化特征,以权重的方式进行比较。这需要将新表达蛋白质从转基因植物中分离或合成生产该物质,在这种情况下,应确证该材料在结构、功能和生化方面都与转基因植物中产生的物质相当。应特别注意选择表达宿主,不同宿主(如:真核对原核系统的翻译后修饰对蛋白质的潜在致敏性可能产生影响。确定该蛋白质来源183徐俊锋等:转基因植物及其食品安全性评估方法是否已知会引发过敏反应,除非另有证据表明来源于已知致敏原的基因不编码某个致敏原17-19。4.2评估方法如果有确凿的证据表明这些生物体会出现I gE 介导的、呼吸或接触过敏,即可确定基因的致敏原。