轉(zhuǎn)基因技術(shù)對食品安全的影響

關(guān)于轉(zhuǎn)基因技術(shù)對食品安全的影響第1頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)概述一、轉(zhuǎn)基因技術(shù)基本內(nèi)容

轉(zhuǎn)基因技術(shù)（transgenictechnology）又叫DNA重組技術(shù)（DNArecombinationtechnology），即利用一系列實(shí)驗(yàn)技術(shù)，將一個(gè)生物體的遺傳信息（操作對象是遺傳信息的載體DNA）轉(zhuǎn)入到另一個(gè)生物體中。第2頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（1）目的基因（objectivegene）獲取。①提取供體（donator）生物的基因，用限制性內(nèi)切酶切割、分離出特定的基因片段②人工合成目的基因。目的基因又叫靶基因（targetgene）、外源基因（foreigngene），它含有一種或幾種遺傳信息的全套密碼（code）。第3頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（2）載體制備并與目的基因體外重組。制備載體（vector）DNA，如質(zhì)粒、病毒或噬菌體等。把獲得的目的基因與制備好的載體用DNA連接酶連接組成重組DNA分子，此重組DNA分子又叫重組體（recombinant）。第4頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（3）將重組DNA分子轉(zhuǎn)入到受體（receptor）細(xì)胞，使之在受體細(xì)胞中復(fù)制保存。①轉(zhuǎn)化（transformation）：用質(zhì)粒做載體；②傳染（transfection）：用未包裝蛋白質(zhì)外殼的噬菌體DNA做載體；③轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：用包裝蛋白質(zhì)外殼的噬菌體DNA做載體。受體細(xì)胞（宿主細(xì)胞，hostcell）可以是：

①原核生物或真核生物；

②微生物、植物或動物。

第5頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞方法：①顯微注射法（microinjection）。②基因槍（微彈技術(shù)）（genebombardment）。③電激法（electroporation）。④脂質(zhì)體介導(dǎo)法（lipidosomemediate）⑤激光導(dǎo)入法（lasermicropuncture）等。第6頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三基因槍（微彈技術(shù)）第7頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（4）轉(zhuǎn)化了重組DNA的受體細(xì)胞的篩選和鑒定。①噬菌斑（negativecolony）篩選法：適于病毒或噬菌體作載體形成的重組子篩選。②標(biāo)記基因（markergene）篩選法：適于質(zhì)粒作載體形成的重組子篩選。③選擇培養(yǎng)基篩選法：適于目的基因可在受體菌表達(dá)并能彌補(bǔ)受體菌營養(yǎng)缺陷的重組子的篩選。④核酸探針（probe）篩選法：⑤免疫分析篩選法：等。第8頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第9頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（5）對含有重組DNA的細(xì)胞進(jìn)行大量培養(yǎng)，檢測外源基因是否表達(dá)。①產(chǎn)物酶活性法②免疫吸附（immuneadsorption）反應(yīng)法等。重組體鑒定：將轉(zhuǎn)化的重組體，經(jīng)過培養(yǎng)使其形成一定的菌株和品系后，再檢驗(yàn)它們在生長發(fā)育、傳種接代過程中是否保留了已獲得的外源基因。①報(bào)告基因檢測法；②目的基因分子雜交檢測法

。第10頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三①報(bào)告基因（reportgene）檢測法。構(gòu)建目的基因時(shí)將報(bào)告基因構(gòu)建在一起，報(bào)告基因隨目的基因一并導(dǎo)入受體細(xì)胞。

報(bào)告基因要求：①受體細(xì)胞本身不存在，②對受體細(xì)胞無損害，③易于檢測。②目的基因分子雜交檢測法。已知目的基因片段制作探針與待測樣品的基因片段進(jìn)行核酸分子雜交，判斷兩者同源程度，以鑒定目的基因在受體細(xì)胞是否轉(zhuǎn)錄，是否表達(dá)。第11頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第12頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第13頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三BT玉米的開發(fā)第14頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

二、轉(zhuǎn)基因技術(shù)在食品生產(chǎn)和加工中應(yīng)用

1、生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因食品利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到的新型生物叫轉(zhuǎn)基因生物，又叫遺傳飾變生物（geneticallymodifiedorganism，GMO），即用遺傳工程的方法將一種生物的基因轉(zhuǎn)入到另一生物體內(nèi)，從而是接受外來基因的生物獲得它本身所不具有的新特性。

含有轉(zhuǎn)基因生物成分或者利用轉(zhuǎn)基因生物（植物、動物、微生物）生產(chǎn)加工的食品，稱為轉(zhuǎn)基因食品（GMF），包括食品原料及食品添加劑。第15頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

1983年世界首次報(bào)道轉(zhuǎn)基因煙草和馬鈴薯。1989年首例轉(zhuǎn)基因工程菌生產(chǎn)的凝乳酶獲批在奶酪工業(yè)中應(yīng)用（瑞士），1994年首批轉(zhuǎn)基因植物獲準(zhǔn)進(jìn)行商品化生產(chǎn)（美國），如延熟番茄，抗除草劑棉花等。轉(zhuǎn)基因作物主要是大豆、玉米、棉花、油菜，其次是西紅柿、馬鈴薯、甜椒、煙草、南瓜等。主要種植國：

美國、阿根廷、加拿大和中國。第16頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第17頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第18頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第19頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

轉(zhuǎn)基因作物優(yōu)點(diǎn)：①解決食物短缺。②增加食品品種。③改進(jìn)營養(yǎng)成分。④增強(qiáng)作物抗病蟲害、抗逆性能。⑤延長食品貨架期等。第20頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2、改造食品微生物（1）改良微生物菌種。如面包酵母轉(zhuǎn)入有關(guān)酶基因后，其麥芽糖透性酶和麥芽糖酶含量大大提高，生產(chǎn)出面包CO2多，膨發(fā)性好，松軟可口。將大麥中α-淀粉酶轉(zhuǎn)入啤酒酵母，這種酵母可直接利用淀粉進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)啤酒。（2）生產(chǎn)酶制劑。如凝乳酶的生產(chǎn)，把小牛胃的凝乳酶基因轉(zhuǎn)移到細(xì)菌或真核生物中，再培養(yǎng)生產(chǎn)出凝乳酶。1990年美國FDA已批準(zhǔn)在干酪生產(chǎn)中使用這種凝乳酶。第21頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三3、改善食品原料的品質(zhì)改良動物、植物食品原料品質(zhì)，改善園藝產(chǎn)品采后品質(zhì)。

4、改進(jìn)食品生產(chǎn)工藝

5、生產(chǎn)食品添加劑（如氨基酸）和功能性食品。第22頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)轉(zhuǎn)基因技術(shù)對生態(tài)環(huán)境和食品可能造成的影響一、轉(zhuǎn)基因技術(shù)對生態(tài)環(huán)境可能造成的影響

1、基因轉(zhuǎn)移問題。植物間傳粉也可能將基因轉(zhuǎn)移給環(huán)境中的野生近緣種，也可能將基因轉(zhuǎn)移給同一物種的其它植物。

2、雜草化問題。轉(zhuǎn)基因植物本身可能演化為雜草。可能將一些抗病蟲害基因、抗逆基因轉(zhuǎn)移給野生近緣種或雜草，產(chǎn)生“超級雜草”。第23頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第24頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三3、生物多樣性問題。轉(zhuǎn)基因植物的新性狀不僅對目標(biāo)生物種群大小、進(jìn)化速度產(chǎn)生直接影響，也可對非目標(biāo)生物產(chǎn)生直接或間接影響。

4、抗病毒轉(zhuǎn)基因問題。轉(zhuǎn)入的病毒基因可能與侵染該植物的其它病毒進(jìn)行重組，產(chǎn)生出新的病毒。

5、毒性和過敏問題。大多數(shù)轉(zhuǎn)基因生物作為人類的食品或動物飼料，如轉(zhuǎn)入的外源基因增加了受體作物的毒性或其產(chǎn)物是人類的過敏源，那將引起中毒和過敏的可能性。第25頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

二、轉(zhuǎn)基因技術(shù)對食品可能造成的影響目前還沒有足夠的證據(jù)表明轉(zhuǎn)基因食品對人類健康有害或無毒。①否定觀點(diǎn)認(rèn)為：轉(zhuǎn)基因生物所使用的一些基因有的來自病毒和細(xì)菌，可能引發(fā)不致命的疾病，有些需很長時(shí)間才能表現(xiàn)和檢測出來。對人類健康、生存環(huán)境造成威脅，還可能引起倫理、宗教、文化等方面不良后果。第26頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第27頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第28頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三②肯定觀點(diǎn)認(rèn)為：轉(zhuǎn)基因生物如同自然界物種進(jìn)化的變異體，對其食品安全性評價(jià)可采用現(xiàn)今被認(rèn)可的“實(shí)質(zhì)等同性”原則。轉(zhuǎn)基因作物有許多優(yōu)點(diǎn)：①解決食物短缺。②增加食品品種。③改進(jìn)營養(yǎng)成分。④增強(qiáng)作物抗病蟲害、抗逆性能。⑤延長食品貨架期等。第29頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三1、轉(zhuǎn)基因食品外源基因的食用安全性外源基因含兩大類：①目的基因：人們期望宿主生物獲得的某一或某些性狀的遺傳信息載體。②標(biāo)記基因：在遺傳轉(zhuǎn)化過程中，篩選和鑒定轉(zhuǎn)化細(xì)胞、組織時(shí)，需要一些起幫助作用的基因，這類外源基因叫標(biāo)記基因。

有時(shí)標(biāo)記基因本身也就是目的基因，如除草劑抗性基因。第30頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

選擇標(biāo)記基因：如抗生素抗性基因，除草劑抗性基因等。

報(bào)告基因：如黃類素酶、氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶，綠色熒光蛋白酶等。轉(zhuǎn)基因食品外源基因食用安全性：①有無直接毒性；②是否會水平轉(zhuǎn)移。（1）有無直接毒性

①目前轉(zhuǎn)基因食品所用外源基其組成與普通DNA并無差異；②轉(zhuǎn)基因食品中外源基因的含量很少。目前未發(fā)現(xiàn)外源基因的食用有直接毒性。第31頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（2）基因水平轉(zhuǎn)移的可能性。外源基因是否會水平轉(zhuǎn)移至腸道、微生物或上皮細(xì)胞，并成功結(jié)合和表達(dá)，影響到人和動物安全？目前結(jié)論可能性很小。①植物DNA在進(jìn)入人腸道微生物存在的小腸下段、盲腸、結(jié)腸前已被降解。②即使有DNA存在，其轉(zhuǎn)移整合受體并進(jìn)行表達(dá)也是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，需要有合適的調(diào)控系統(tǒng)。③腸上皮細(xì)胞半衰期很短，被不斷取代。目前尚未發(fā)現(xiàn)有植物DNA轉(zhuǎn)移至腸微生物和腸上皮細(xì)胞的現(xiàn)象。第32頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2、未預(yù)料的基因多效性（genepolypheny）由于外來基因的插入，宿主原遺傳信息被打亂，可能發(fā)生一些意外效應(yīng)。但目前尚無這方面的報(bào)道。（1）位置效應(yīng)。外源基因插入位置，宿主某些基因可能被破壞，可能誘發(fā)某些沉默基因（silentgene）的表達(dá)。（2）干擾代謝作用。插入基因的產(chǎn)物可能與宿主代謝途徑中的一些酶相互作用，干擾代謝途徑，使某些代謝物在宿主體內(nèi)積累或消失。（3）改變食品營養(yǎng)品質(zhì)。增加或降低。（4）潛在毒性。外源基因可能提高天然植物毒素基因的表達(dá)，如土豆茄堿、豆類蛋白酶抑制劑基因等第33頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三3、轉(zhuǎn)基因食品中外源基因編碼蛋白的安全性外源基因編碼蛋白有無直接毒性、過敏性和抗藥性。（1）外源基因編碼蛋白有無直接毒性。①據(jù)外源基因編碼蛋白的化學(xué)組成，將其與已知毒性蛋白的化學(xué)組成進(jìn)行同源性比較，判斷其毒性。②采用動物實(shí)驗(yàn)方法，評判外源基因編碼蛋白的毒性情況。第34頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（2）外源基因編碼蛋白有無過敏性。

過敏蛋白特點(diǎn)：①具有T細(xì)胞和B細(xì)胞的識別區(qū)。②可產(chǎn)生專一的免疫球蛋白（IgE）抗體。從以下幾方面判斷外源基因編碼蛋白有無過敏性：①外源基因是否編碼過敏蛋白。②兩類蛋白（外源基因編碼蛋白、過敏蛋白）的氨基酸序列是否有免疫學(xué)上的明顯內(nèi)源性。③外源基因編碼蛋白屬某類蛋白成員，此類蛋白家庭的某些成員是否過敏蛋白。第35頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（3）外源基因編碼蛋白有無抗藥性。目前轉(zhuǎn)基因植物食品中常用的標(biāo)記基因是抗生素抗性基因，因此食用這些含抗生素抗性基因的轉(zhuǎn)基因食品是否會產(chǎn)生抗藥性是轉(zhuǎn)基因食品安全性評價(jià)的又一方面。第36頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)轉(zhuǎn)基因食品的安全性評價(jià)和法規(guī)管理一、轉(zhuǎn)基因食品的安全性評價(jià)安全性評價(jià)是安全管理的核心和基礎(chǔ)之一。

1、轉(zhuǎn)基因食品安全性評價(jià)目的①保障人類健康和環(huán)境安全。②回答公眾疑問。③促進(jìn)國際貿(mào)易，維護(hù)國家權(quán)益。④促進(jìn)生物技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。⑤提供科學(xué)決策的依據(jù)。第37頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三2、轉(zhuǎn)基因食品安全性評價(jià)的原則（1）實(shí)質(zhì)等同性（substantialequivalence）原則（2）預(yù)先防范（precaution）原則（3）個(gè)案評估（casebycase）原則（4）逐步評估（stepbystep）原則實(shí)驗(yàn)室研究——中間試驗(yàn)——環(huán)境釋放——生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)——商業(yè)化生產(chǎn)（5）風(fēng)險(xiǎn)效益平衡（balanceofbenefitsandrisks）原則（6）熟悉性（familiarity）原則第38頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三3、轉(zhuǎn)基因食品安全性評價(jià)內(nèi)容①遺傳工程體的特性分析，②實(shí)質(zhì)等同性分析。（1）遺傳工程體（GMO）的特性分析。這有助于判斷某種新食品與已有食品是否有顯著差異。①供體：來源、分類、學(xué)名、食用歷史、關(guān)鍵營養(yǎng)成分、是否有毒性史、過敏性、傳染性、抗?fàn)I養(yǎng)因子、生理活性物質(zhì)、與其它物種關(guān)系等。②被修飾基因及插入的外源DNA：來源、結(jié)構(gòu)、功能、用途、轉(zhuǎn)移方法、介導(dǎo)物的名稱、來源、特性及安全性。③受體：與供體相比的表型特性和穩(wěn)定性、外源基因拷貝量、引入基因的功能與特性、引入基因移動的可能性等。第39頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（2）實(shí)質(zhì)等同性分析

1993年經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織（OCED）在綠皮書《現(xiàn)代生物技術(shù)食品的安全性評價(jià)：概念與原則》中，提出對現(xiàn)代生物技術(shù)食品采用實(shí)質(zhì)等同性（substantialequivalence）的評價(jià)原則。實(shí)質(zhì)等同性比較內(nèi)容：①生物學(xué)特性比較：②主要營養(yǎng)成分比較：③天然有毒物質(zhì)比較：④抗?fàn)I養(yǎng)因子比較：⑤過敏原比較：第40頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三①生物學(xué)特性比較：比較形態(tài)、生長、產(chǎn)量、抗病性、繁殖性、生理特性等。②主要營養(yǎng)成分比較：比較蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、礦物質(zhì)、維生素等。③天然有毒物質(zhì)比較：如番茄中的α-番茄素，馬鈴薯中茄堿，葫蘆科作物的葫蘆素等。④抗?fàn)I養(yǎng)因子比較：抗?fàn)I養(yǎng)因子是指能夠影響人對食品中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和對食物消化的物質(zhì)，如豆科作物的蛋白酶抑制劑、脂肪氧化酶及植酸等。⑤過敏原比較：過敏原（allergen）是指能夠造成某些人群食用后產(chǎn)生過敏反應(yīng)的物質(zhì)。過敏蛋白質(zhì)在加工過程及消化過程中不易被降解，不易被糖基化。第41頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

應(yīng)用實(shí)質(zhì)等同性原則評價(jià)轉(zhuǎn)基因食品時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同國家地區(qū)、不同文化背景、不同宗教習(xí)俗差異進(jìn)行評價(jià)。1996年，F(xiàn)AO/WHO將轉(zhuǎn)基因植物、動物、微生物產(chǎn)生的食品分為三類：①與現(xiàn)有傳統(tǒng)食品具有實(shí)質(zhì)等同性。②除某些特定差異性外，與傳統(tǒng)食品具有實(shí)質(zhì)等同性。③與傳統(tǒng)食品無實(shí)質(zhì)等同性。第42頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三①如完全實(shí)質(zhì)等同，則不考慮毒理和營養(yǎng)方面安全，兩者同等對待。②如存在某些特定差異（如引入的遺傳物質(zhì)是否改變內(nèi)源成分、是否產(chǎn)生新的化合物等），這時(shí)評價(jià)主要考慮外源基因的產(chǎn)物和功能，針對一些可能存在的差異和主要營養(yǎng)成分進(jìn)行比較分析。③如無實(shí)質(zhì)等同性，并不意味著一定不安全，但必須進(jìn)行新食品的安全性和營養(yǎng)成分評價(jià)。第43頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三4、轉(zhuǎn)基因食品安全評價(jià)方法

實(shí)質(zhì)等同性比較法；等同性與相似性比較法；

Fangan改良法；樹狀決策法。（1）實(shí)質(zhì)等同性比較法。遵循實(shí)質(zhì)等同性原則，將兩類生物進(jìn)行比較。美國FDA兩步評價(jià)法：①對目的基因及相應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行評價(jià)。②對宿主接受外源基因后出現(xiàn)的意外性狀進(jìn)行評價(jià)。第44頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第45頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（2）等同性與相似性結(jié)合比較法。國際生命科學(xué)學(xué)會（InternationalLifeScienceInstitute，ILSI）歐洲分會于1996年提出“等同性”與“相似性”相結(jié)合比較法（Safetyassessmentoffoodbyequivalenceandsimilaritytargeting，SAFEST）

。將轉(zhuǎn)基因食品分為3個(gè)等級：①實(shí)質(zhì)等同或極為相似。②十分等同或非常相似。③既不等同也不相似。第46頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（3）Fangan改良法。

FanganJB于1996年提出①對已知毒素、過敏原、營養(yǎng)成分的檢測，查明寄生植物原有的過敏原、毒素是否存在、營養(yǎng)成分是否變化。②對未知毒素、過敏原鑒定，通過動物實(shí)驗(yàn)和人體經(jīng)驗(yàn)，明確是否有不良反應(yīng)。③此外還要進(jìn)行市場信息反饋和社會調(diào)查，驗(yàn)證其安全性。第47頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

（4）樹狀決策法。1998年國際生物技術(shù)委員會和國際生命科學(xué)研究院提出，常用于潛在過敏性評價(jià)。

5、食品安全評價(jià)中幾個(gè)主要問題（1）過敏原問題。（2）毒性