转基因技术对食品安全性的影响.ppt

第六章转基因技术对食品安全性的影响 第一节转基因技术概述及在食品工业中的应用一 转基因技术概述1 基因工程的概念基因工程是20世纪70年代初发展起来的一门新兴科学 由此而引发了当今世界各国所瞩目的生物技术 基因工程是用人工的方法把不同生物的遗传物质 基因 分离出来 在体外进行剪切 拼接 重组 形成基因重组体 然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以得到高效表达 最终获得人们所需要的基因产物 基因工程的基本过程就是利用重组DNA技术在体外通过人工 剪切 和 拼接 等方法 对生物的基因进行改造和重新组合 然后导入受体细胞内进行增殖 并使重组基因在受体内表达 产生出人类需要的基因产物 食品基因工程是指利用基因工程的技术和手段 在分子水平上定向重组遗传物质 以改良食品的品质和性状 提高食品的营养价值 贮藏加工性状以及感官性状的技术 从种植的转基因作物种类来看 2001年全球占主导地位的转基因作物是GM大豆 其播种面积占全部转基因作物播种面积的63 达3330万公顷 且均为抗除草剂大豆 位列第二的是玉米 980万公顷 占全部转基因作物播种面积的l9 转基因棉花以680万公顷列第三位 占全部转基因作物种植面积的l3 油菜为270万公顷 占5 2001年转基因作物种类 瑞士科学家培育出 滥用转基因技术 太空育种 太空育种的植物是将种子放到太空微重力 高真空 宇宙射线辐射等环境下 诱使种子发生变异 这种变异和自然界植物的自然变异一样 只是速度和频率有所改变 这种突变只是一类基因产生与原来不同的等位基因 如高秆变矮秆 早熟变晚熟 从本质上看 它产生的染色体突变与杂交育种一样 太空食品的基因组不多也不少 原来是多少还是多少 所以专家们认为 不存在安全性问题 2 基因工程的主要内容与宏观的工程一样 基因工程的操作也需要经过 切 接 贴 和 检查修复 等过程 只是各种操作的 工具 不同 被操作的对象是肉眼难以直接观察的核酸分子 基因工程的操作过程一般分4个步骤 第一步 在供体细胞中用限制性内切酶切割基因 以分离出含有特定的基因片段或人工合成目的基因并制备运载体 质粒 病毒或噬菌体 第二步 把获得的目的基因与制备好的运载体用DNA连接酶连接组成重组体 第三步 把重组体引入宿主细胞 第四步 筛选 鉴定出含有外源目的基因的菌体或个体 基因工程是改变生物体遗传特性的一个强有力的手段 采用工程设计的原理进行实验设计和实验操作 最终使受体生物获得新的 可预见的遗传特性 借助这一手段 人们可以打破物种间遗传物质交换的屏障 将来自不同种属 不同门类 甚至不同界的生物遗传物质转移到受体生物的细胞中 二 转基因技术在食品生产和加工中的应用随着人民生活水平的提高 人们对饮食质量的要求也越来越高 这就要求科学家们在关心食品产量和种类的同时 更要关心食品的质量 将一些用传统育种方法无法培育出的性状通过基因工程的手段引入微生物 动物 植物等食品原料 通过基因工程改进食品的生产工艺和流程 生产食品添加剂和功能食品等 1 利用基因工程改造食品微生物如啤酒生产中要使用啤酒酵母 但由于普通啤酒酵母菌种中不含 淀粉酶 所以需要利用大麦芽产生的 淀粉酶使谷物淀粉液化成糊精 生产过程比较复杂 现在人们已经采用基因工程技术 将大麦中 淀粉酶基因转入啤酒酵母中并实现高速表达 这种酵母便可直接利用淀粉进行发酵 无需麦芽生产淀粉酶的过程 可缩短生产流程 简化工序 推动啤酒生产的技术革新 2 利用基因工程改善食品原料的品质在肉的嫩化方面 可利用生物工程技术对动物体内的肌肉生长发育基因进行调控 通过基因工程获得嫩度好的肉 可以从两个方面着手 活体调控钙激活酶系统这是利用基因工程在动物的生长发育阶段提高钙激活酶系统中钙激活酶抑制蛋白的含量 从而降低肌肉中蛋白质的代谢速度 增加肌肉中蛋白质的积存 提高瘦肉的生产量 而在动物准备屠宰前则通过调控提高钙激活酶和钙激活酶抑制蛋白的基因克隆染色体定位 并正着手进行转基因动物的研究 调控脂肪在畜体内沉积顺序以达到改善肉质的目的 均匀分布于肌肉中的脂肪使肌肉呈大理石状 嫩度好 而皮下脂肪对肉的品质则没有任何益处 在肉品加工中也很难利用 因此 改变或淡化畜体的脂肪沉积顺序 减少皮下脂肪的产量具有相当的经济意义 基因工程改造过的马铃薯可以提高固型物含量 经基因工程改造后的大豆 芥花菜 其植物油组成中不饱和脂肪酸的比例较高 可提高食用油的品质 谷物蛋白质中的氨基酸比例也可以采用基因工程方法改变 弥补赖氨酸等氨基酸含量较少的缺陷 使其具有完全蛋白质的来源 提高营养价值 3 利用基因工程改进食品生产工艺通常以谷物为原料生产乙醇和果糖时 要使用淀粉酶等分解原料中的糖类物质 这些酶造价高 而且只能使用一次 对这些酶进行改进 可大大降低果糖和乙醇的生产成本 如利用微生物培养技术 大量生产所需的酶 这比直接从组织中提取成本更低 还可以改良啤酒大麦的加工工艺 啤酒制造对大麦醇溶蛋白含量有一定要求 如果醇溶蛋白含量过高会影响发酵 使啤酒易产生混浊 也会增加过滤的难度 采用基因工程技术 使另一蛋白基因克隆至大麦中 便可相应地使大麦中降低醇溶蛋白 以适应生产的要求 4 利用基因工程生产食品添加剂及功能性食品如应用于生产保健食品的有效成分 当今 保健食品的发展有赖于基因工程这门新技术 现在 可以采用转基因手段 在动植物或其细胞中使目的基因得到表达而制造有益于人类健康的保健成分或有效因子 例如 将一种有助于心脏病患者血液凝结溶血作用的酶基因克隆至牛或羊中 便可以在牛乳或羊乳中产生这种酶 又如 把人的血红素基因克隆至猪中 那么 猪的血可以用做人类血液的代用品 这些都是转基因动物生产特殊成分的例子 第二节转基因技术对食品安全性的影响 一 GMO GeneticallyModifiedTechnique 的环境安全性1 基因转移问题通过传粉植物可将基因转移给同一物种的其他植物 也可能转移给环境中的野生亲缘种 植物间通过传粉而转移基因的可能由偶然性的特殊事件而决定 转移基因的条件 1 受体植物同转移基因植物具有性的亲和能力 并生长在风媒和虫媒的距离范围内 2 受体植物须在转基因植物花粉期内形成可授粉的花 3 受体植物可育 并且能产生有生活力的种子 且种子能存活 萌发和生长 4 由该杂种种子产生的植物及其后代都可通过自花或异花授粉产生种子或能营养生存 2 杂草化问题植物通过传粉进行基因转移 可能将一些抗虫 抗病 抗除草剂或对环境胁迫具有耐性的基因转移给野生亲缘种或杂草 产生超级杂草 具有种子多 传播能力强和适应性强等特点 杂草一旦获得转基因生物体的抗逆性 将在农业生态系统中比其他作物具有更强的竞争力 由此将影响其他作物的生长和生存 3 性状对目标生物的影响问题转基因植物的抗虫 抗病和除草剂等新性状不仅对目标生物的种群大小和进化速度产生影响 而且也对非目标生物 特别是有益微生物和濒临绝种的物种造成直接或间接的影响 4 抗病毒转基因问题大田作物中的转基因病毒序列有可能与侵染该植物的其他病毒进行重组 从而提高新病毒产生的可能性 由于转基因作物的病毒基因随时随都生活在寄主植物的细胞内 因此随着释放规模的增加 将有可能提高相关病毒的重组风险 5 毒性和过敏问题大多数作物的转基因或生物体可作为人类食物和动物饲料 如果转入的外源基因增加了受体植物的毒性 则会对人体和其他动物健康造成威胁 此外 自然界有许多物质是人类的过敏原 如果外源基因转入受体后 其产物是人类的过敏原 那么将增加受体作物引起过敏的可能性 二 GMO的食品安全性转基因食品作为一种新型的食品种类 自从它出现的那一天起 就备受世人关注 其安全性一直是消费者 科学界 政界等关注的焦点 虽然转基因食品的安全性是人们最关心最重要的问题 但其结果往往又有不确定性 目前还没有确定的证据证明转基因食品到底是有害的还是无害的 由于基因与人类疾病和健康的关系十分密切 人们这方面的知识还知道得比较少 从食品安全保障的观点来看 持肯定观点的人们认为转基因生物正如自然界物种进化过程中变异体的出现 它对食品安全性的评价需要在风险和收益的比较分析研究的基础上进行 对转基因食品安全性的评价可用现在普遍采用的实质等同性原则进行评价 持否定观点的人认为 转基因食品超出了传统育种的范围 已经不能认为是杂交育种的延伸 所使用的一些基因来自病毒和细菌 可引发致命的疾病 有些影响需要经过很长时间才能表现出来 目前对转基因食品的担忧主要集中在所转化的外源基因上 在转基因食品中 外源基因主要包括两大类 即目的基因和标记基因 目的基因是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 标记基因是帮助在植物遗传转化强筛选和鉴定转化的细胞 组织和再生植物的一类外源基因 包括标记基因和报告基因 1 转基因食品外源基因的食用安全性 1 有无直接毒性任何DNA都是由四种碱基构成的 所有生物食品都会有大量的DNA 食品中的DNA及其降解产物对人体无毒害作用 目前转基因食品中所用的外源基因 其组成与普通DNA并无差异 此外 食品中外源基因的含量很小 相比之下 通过转基因食品摄入的外源基因是微不足道的 2 基因水平转移的可能性人们食用转基因后其中绝大部分DNA降解 并在胃肠中失活 剩下的极小部分是否存在安全性问题现在存在争论 不过从目前情况来看存在安全问题的可能性比较小 2 未预料的基因多效性在转基因生物中 由于外来基因插入宿主原来的遗传信息被打乱 有可能发生一些意外的效应 1 位置效应在外来基因插入的位置 宿主的某些基因可能被破坏 插入基因及其产物还可能诱发沉默基因的表达 2 干扰代谢的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 使某些代谢产物在宿主积累或消失 3 食品营养品质改变外源基因可能对食品营养产生改变 有些增加有些减少 4 潜在毒性遗传基因在打开目的基因的同时 可能无意中提高天然植物的毒性 某些天然毒素的基因如土豆茄碱 豆类蛋白酶抑制剂 木薯和马铃薯的氰化物等有可能被打开 3 转基因食品中外源基因编码蛋白的食用性 1 有无直接毒性可以从两个方面来评价 一是根据外源基因编码蛋白的化学组成判断其毒性 常用的方法是将外源基因编码蛋白与已知的毒性蛋白进行同源性比较 二是采用动物实验或模拟实验的方法评价外源基因编码蛋白的毒性 目前经过严格审查并获准生产的转基因食品中的外源泉基因编码蛋白对人体无直接毒性 2 外源基因编码蛋白的过敏性转基因食品中 外源蛋白是否产生过敏性 可通过以下三方面进行判断 一是外源基因是否编码已知的过敏蛋白 二是外源基因编码蛋白与已知过敏蛋白氨基酸序列在免疫学上是否有明显的内源性 三是外源基因编码蛋白属某类蛋白质成员 此类蛋白质家庭中有些成员是过敏蛋白 已批准的转基因食品中 外源编码蛋白过敏性均已得到相关审查 3 外源基因编码蛋白的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 食用含抗生素抗性基因的转基因食品是否产生抗药性是转基因食品安全性评价的一个方面 当酶在消化道内有活性时有可能发生 因此 应计算转基因植物材料的大量摄入总量和食品中抗生素等抗性蛋白的摄入量 第三节转基因食品安全性评价 一 转基因食品安全性评价的目的与原则1 安全性评价的目的转基因食品作为人类历史上的一类新型食品 在给人类带来巨大利益的同时 也给人类健康和环境安全带来潜在的风险 因此 转基因食品的安全管理受到了世界各国的重视 转基因食品的安全性评价是安全管理的核心和基础之一 转基因食品的安全性评价目的是从技术上分析生物技术及其产品的潜在危险 对生物技术的研究 开发 商品化生产和应用的各个环节的安全性进行科学 公正的评价 以期在保障人类健康和生态环境安全的同时 也有助于促进生物技术的健康 有序和可持续发展 对转基因食品安全性评价的目的可以归结为 提供科学决策的依据 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 2 安全性评价的原则转基因食品的安全性评价原则主要包括两方面的内容 遗传工程体特性分析和实质等同性原则 1 遗传工程体特性分析在对转基因食品评价时 第一个要考虑的问题是对遗传工程体的特性分析 这样有助于判断某种新食品与现有食品是否有显著差异 分析的主要内容有 供体来源 分类 学名 与其他物种的关系 作为食品食用的历史 有无有毒史 过敏性 传染性 抗营养因子 生理活性物质 该供体的关键营养成分等 被修饰基因及插入的外源DNA介导物的名称 来源 特性和安全性 基因构成与外源DNA的描述 包括来源 结构 功能 用途 转移方法 助催化剂的活性等 受体与供体相比的表型特性和稳定性 外源基因的拷贝量 引入基因移动的可能性 引入基因的功能与特性 2 实质等同性1993年经济合作发展组织在 现代生物技术食品的安全性评价 概念与原则 的绿皮书中 提出对现代生物技术食品采用实质等同性的评价原则 在1996年WHO召开的第二次生物技术安全性评价专家咨询会议 将转基因植物 动物 微生物产生的食品分为三类 转基因食品与现有的传统食品具有实质等同性 除某些特定的差异外 与传统食品具有实质等同性 与传统食品没有实质等同性 实质等同性比较的主要内容有 生物学特性的比较 对植物来说包括形态 生长 产量 抗病性及其他有关的农艺性状 对微生物来说包括分类学特性 如培养方法 生物型 生理特性等 定殖潜力或侵染性 寄主范围 有无质粒 抗生素抗性 毒性等 动物方面是形态 生长生理特性 繁殖 健康特性及产量等 营养成分比较 包括主要营养因子 抗营养因子 毒素 过敏原等 主要营养因子包括脂肪 蛋白质 碳水化合物 矿物质 维生素等 抗营养因子主要指一些能影响人对食品中营养物质的吸收和对食物消化的物质 如豆科作物中的一些蛋白酶抑制剂 脂肪氧化酶以及植酸等 毒素指一些对人有毒害作用的物质 在植物中有马铃薯的茄碱 番茄中的番茄碱等 过敏原指能造成某些人群食用后产生过敏反应的一类物质 如巴西坚果中的2S清蛋白 一般情况下 对食品的所有成分进行分析是没有必要的 但是 如果其他特征表明由于外源基因的插入产生了不良影响 那么就应该考虑对广谱成分予以分析 对关键营养素的毒素物质的判定是通过对食品功能的了解和插入基因表达产物的了解来实现的 在应用实质等同性评价转基因食品时 应该根据不同的国家 文化背景和宗教等的差异进行评价 在进行评价时应根据下列情况分别对待 与现有食品及食品成分具有完全实质等同性若某一转基因食品或成分与某一现有食品具有实质等同性 那么就不用考虑毒理和营养方面的安全性 两者应等同对待 与现有食品及成分具有实质等同性 但存在某些特定差异差异包括 引入的遗传物质是编码一种蛋白质还是多种蛋白质 是否产生其他物质 是否改变内源成分或产生新的化合物 新食品的安全性评价主要考虑外源基因的产物与功能 包括蛋白质的结构 功能 特异性食用历史等 在这种情况下 主要针对一些可能存在的差异和主要营养成分进行比较分析 目前 经过比较的转基因食品大多属于这种情况 与现有食品无实质等同性如果某种食品或食品成分与现有食品和成分无实质等同性 这并不意味着它一定不安全 但必须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 遗传工程体及其产物如表型 化学和营养成分等 由于目前转基因食品还没有出现这种情况 故在这方面的研究还没有开展 二 转基因食品的安全性评价方法转基因食品安全性评价程序正趋于完善阶段 在基本上遵守实质等同性原则的前提下 目前实施的评价方法有以下几种 1 实质等同性比较法将转基因生物与对应的传统生物的生态学和生理学进行比较 根据遗传背景熟知程度 可进行风险评价和管理 如有可能产生意外效果 则需要检测更多的项目 一般采用两个步骤 第一步对目的基因及相应产物作出评价 所测数据及评价结果只反映外源基因及其产物本身的安全性 第二步对寄生主生物接受外源基因后出现的意外性状进行评价 其结果只代表寄主植物的属性 2 等同性与相似性比较法此法是欧洲ILSI1996年提出的 其基本原则是等同性与相似性联合使用 依据此法将转基因食品分为三个安全等级 级转基因食品与传统食品等同或极为相似 级转基因食品与传统食品十分等同或非常相似 转基因食品与传统食品不等同也不相似 对其需要作进一步评价 但不等于不安全 3 Fagan改良法于1996年提出 主要包括两个方面的内容 第一 通过对已知毒素 过敏原和营养成分的检测 查明寄主植物中原有毒素 过敏原是否存在 营养成分是否发生变化 第二 对未知毒素和过敏原的鉴定 通过动物实验和人体实验 明确是否有不良反映 此外 还要进行市场信息反馈和社会调查 证明其安全性 此法较为科学 但监测内容多和周期长 特别是人体试验 不仅增加了操作难度 而且可能影响到人的安全 4 树状决策法此法是1998年国际生物技术委员会和国际生命科学研究院提出来的 通常用于转基因食品潜在过敏性的评价 如果转基因食品含有已知过敏原 就应该假定新生基因产物也是过敏原 可采用树状决策法决策程序