基因工程作物的安全评估与监管:历史回顾与改革思考-基因农业网

基因工程作物的安全评估与监管:历史回顾与改革思考

2018-03-19 | 作者: 贾士荣 | 标签: 基因工程 监管

作者单位:中国农业科学院生物技术研究所

20世纪70年代,分子生物学的飞速发展迎来一场新的育种技术革命,在传统育种技术的基础上,基因工程(GE)作物应运而生。1984年第一例转基因植物问世,1986年进入田间试验,1996年开始商业化种植。30年中GE作物发展迅猛,势不可挡。据ISAAA(2016)统计,全球有26个国家种植,面积达1.851×109公顷,比1996年商业化初期的1.90×107公顷增加了近100倍,成为农业史上发展最快的技术,产生了巨大的社会、经济和环境效益。

近年来,基因组编辑技术的兴起,包括用ZFNs、TALENs及CRISPR-Cas9等工具对基因组中的内源基因进行定位修饰、突变、敲除或外源基因的插入,小到几个碱基或氨基酸的改变,大到245kb大片段染色体缺失。在GE技术基础上发展出来的这一新技术,与GE技术一起,并称为精准育种技术(precisebreeding),在育种史上真正做到了基因和蛋白序列、功能和插入位点四精准。预计未来5—10年内各种全新的技术还将不断涌现。因此,提出一个需要认真思考并交出答卷的问题,即回顾过去30年对GE作物的安评监管是否科学合理?对不断出现的新技术由谁来监管、又如何评估监管,包括监管框架、程序、内容如何深化改革的问题,以适应技术创新发展和国家社会对农产品数量和质量不断增长的需求。有鉴于此,各国政府都在研究和出台相应的改革措施。如美国奥巴马政府于2015年7月2日动议,下令让3个监管机构即农部(USDA)、环保署(EPA)及食品药品监管局(FDA)更新其对生物技术产品的协同监管框架,启动长远战略,制订出对未来生物技术产品的监管体系,同时要求美国科学院对未来生物技术产品的发展脉络做出预测。2017年6月和7月,更新的协同监管框架及美国科学工程医学科学院的报告已相继出台。

风险评估是分析潜在危害的大小和可能出现的概率。GE作物风险的大小,要由科学数据来回答。安评必须坚持以科学为基础。本文拟从科学角度对GE作物的安评和改革进行分析探讨,批准商业化及监管过程中涉及的政治、社会、经济、贸易、文化、宗教、舆情等考量不属于本文讨论的范围。

1、GE技术是否增加新的风险或有特殊风险

回答这个问题,一是要从物种进化角度分析;二是要与传统育种技术相比较。

物种在长期进化中经历了亿万年的自然选择和人为选择。达尔文在其经典著作《物种起源》中,明确提出了“物竞天择,适者生存”的概念。现代栽培小麦(Triticumaestivum)的ABD3个基因组,来源于2次杂交和基因重组,第二次杂交是野生型的Emmer小麦(T.dicoccoides)与野生的山羊草(Aegilopstauschii)杂交。四倍体的欧洲型油菜(AACC基因组)则由白菜(AA)和甘蓝(CC)基因组复合而成。甘蓝和花椰菜虽是同一物种(Brassicaoleracea),但它们的表型均与其野生祖先有很大差异。

自孟德尔发现遗传因子以来,各种育种技术相继涌现,如系谱选择、种内杂交或远缘杂交、物理或化学诱变、组织培养和体细胞融合、胚胎抢救、染色体工程等等,基本原理都是发现和创造变异、选择和利用变异,使栽培作物的遗传基础更加丰富多样,性状更符合人类需求。绝大多数农作物经过成百上千年的改良,农艺性状得到了极大提高,玉米由原来籽粒很小的野生祖先teosinte改良成现在富含碳水化合物、脂肪和蛋白质的大粒玉米。随着育种资源的匮乏,育种家采用远缘杂交及理化诱变等手段,产生的遗传变异从简单的点突变直至染色体的改变(如染色体加倍系、附加系和易位系等),使野生种的基因、等位基因或染色体片段引入栽培品种成为可能。20世纪中叶,X-、γ-射线等诱变育种育成了3000个以上的植物品种(FAO/IAEA数据库,2015)。

诱变育种中大量基因发生突变,远缘杂交中,并无安全食用历史的野生种基因被引入栽培品种,同时也引入了无法计数、功能未知的基因,但这些“非重组DNA转基因品种”已在全球安全商业化超过半个世纪,无需市场前的评估与监管。一个重要原因是育种家在选择过程中将大量不利性状淘汰出局。历史也已证明,植物育种(即使用相对粗放的育种技术)也是最安全的技术之一。以重组DNA为基础的现代生物技术,是传统育种技术的继承、延伸和发展。传统育种作物的长期安全应用,为GE作物的安全性评估奠定了坚实的基础。
事实上,从20世纪80年代开始,即已有权威机构的科学报告指出:GE与传统育种技术相比,并无特有的风险(uniquerisk)或新增的风险(incrementalrisk)。特别是最近英国和加拿大的权威报告更肯定了这一结论。GE作物诞生后的30年中,并没有违背这一结论的事件发生,大规模商业化后迄今未发现对生态系统的非预期效应,也没有一例对人类和动物健康有负面影响的报告。与不受任何监管的、转移或改变了无数基因的远缘杂交或突变品种相比,用重组DNA技术只转移了一个或几个序列和功能十分清楚的基因,却要进行最严格昂贵的个案监管,这显然在科学认知上出了问题,需要认真思考。重组DNA技术之所以触发监管,最初的考虑是因为它可以打破物种之间隔离的天然屏障,实现有性不可交配物种之间的基因转移,即一个基因在转入新的遗传背景后是否会引发新的风险。遗憾的是,迄今的评估监管却偏离了初衷,凡是重组DNA操作产生的所有生物体,不论其风险类别,都一律严格监管。事实上,30年来只发现一例有性不可交配物种之间的基因转移存在潜在风险:已知部分人群对巴西坚果过敏,将巴西坚果中的2S清蛋白基因转至大豆后,转基因大豆仍对部分人群有过敏性。这一研发项目因此在早期自动终止。由此可见,安评监管的重点应放在有性不可交配物种之间的基因转移上,尤其要考察基因供体和受体是否有长期安全食用的历史,是否有特殊的安全性考虑。GE育种技术只是一种工具或手段,本身并无固有的特殊风险,与常规育种技术相比,并不增加新的风险。

2、监管失当及监管过度

国际上对GE作物的监管大体可分3类:欧盟以技术过程为基础(process-based)的监管、美国以产品为基础(product-based)的监管以及加拿大作为一个特例,凡是新性状(noveltrait)不管用何种技术育成都受监管。欧盟首先假设重组DNA技术有风险,将其视为另类,即使美国以产品为基础,安评中也存在不科学、有待改进的空间。事实上以往都没有真正做到以风险为基础的分类管理,监管失当和过度监管普遍存在。“最严”未必最好,也未必科学。

1997年美国斯坦福大学提出以风险为基础的分类管理模型(StanfordModel)。2016年又重提此事,不仅认为欧盟以技术过程为基础的监管体系应当摒弃,而且分别批评了EPA、USDA/APHIS和FDA。

为将抗虫作物纳入植物保护法规管理,EPA发明了一个概念“植物内置式农药”(plantintegratedpesticides,PIPs)。批评EPA“将种子贴上农药标签”,责疑苗圃出售抗虫苗木是否也要标注为农药?在南美冬季南繁制种的种子运回美国春播,因没有“农药入境许可”,2013年2月,先锋公司740t玉米种子过海关时为此罚款3.4万美元。PIPs监管应当淘汰。
批评USDA-APHIS将GE作物列入“植物有害生物”审查,尽管GE作物中只有植物有害生物的DNA片段,如来自花椰菜花叶病毒CaMV35S的启动子序列、土壤农杆菌的T-DNA左、右边界序列,因为这两种生物都在植物有害生物名录中。当今植物基因组测序数据已十分明确:所有作物都或多或少天然地含有植物病原体的DNA序列。因此“这种监管已经过时”。

批评FDA的“自愿征询”是“实质批准”。因为FDA有权召回市场上的不安全产品,所以研发者开发的任何GE作物产品都宁肯事先向FDA征询,于是每一产品都需生成大量评价资料从头评估,甚至风险极低或可忽略不计的产品,如:抗褐变的北极苹果审查了34个月,其中只有苹果自身的几个多酚氧化酶基因发生了一些重排。低天冬酰胺、抗褐变的Innate马铃薯审查了12个月。即使已评估过多次的基因,还要按每一个转化事件再次重新评估和审批。

斯坦福模型2016文章的结论认为:“法规已在背离科学和农业创新的道路上渐行渐远”。

过度监管产生了严重后果,高额安评监管投入,使大企业难以为继,小企业和公共研究机构不堪重负,小作物难以开发,严重影响创新。申报一个产品平均花3500万美元,还不包括产品溯源、标识、转运费用。尤其在发展中国家和欠发达国家,小米、高粱、木薯等虽进行了大量研究,但难以进入商业化开发,使90%以上的转基因产品与市场无缘。结论是全球的监管机制既不科学,又不合理,频繁地让风险最低的植物接受最高级别的审查,造成有限资源的极大浪费。

3、GE作物安评监管中的几个科学问题

以下选择5个方面,就环境和食品风险分析中已积累的科学数据和经验,叙述在科学认知上需要转变观念、进行改革的内容。

3.1评价对象、适用范围及解除监管

以什么为评价对象,是转化事件(transformedevent)、品种、还是物种?这是一个最基本的问题。目前,绝大多数国家以转化事件为评价对象,中国则以品种为对象,即每个品种一律都要从头评估和审批。遗传转化可产生大量转基因个体,称为独立的转化事件。因目标基因插入基因组的位点不同,可能产生不利的“非预期效应”,但经严格挑选,从成百上千个转化体中挑出一个或几个目标基因表达最佳、农艺性状最好的转化事件进行安全性评估,并随后进入产业化,实际上已淘汰了生长发育不良或品质变劣等“非预期效应”。更重要的是,迄今没有科学证据证明,同一基因插在同一物种基因组的不同位点,会产生新的有毒物质。因此,应以物种为对象,若该物种原本不含有,且转入的基因并不编码毒蛋白、过敏原或抗营养因子,则该物种在转基因后也不会产生新的有毒物质。据此,对多次评价过的物种和基因,不应再重复评价不同品种或不同的转化事件。

中国GE作物的审批以省为单位,即使Bt抗虫棉也以区域为单位审批。若该物种在各省都不存在有性可交配的近缘野生种或杂草、不会引发农业或生态风险,则批准后应全国通行。

第一代Bt抗虫棉1996年开始在中国应用,据对北部棉区(6省)棉铃虫的长期跟踪检测,2010年棉铃虫对Bt产生抗性的种群频率为0.93%,2013年棉铃虫抗性种群频率急剧上升至5.5%,说明为有效开展棉铃虫的抗性治理,除采用“庇护所”策略外,还急需有第二代双价Bt抗虫棉取代。中国现有安评监管条例中尚无解除监管和产品退出机制的条款,需要补充制订。

3.2对靶生物和非靶生物的影响

迄今为止,这类分析主要是针对抗虫作物,特别是Bt抗虫作物。Bt蛋白种类繁多,其杀虫功能有明显的专一性,如Cry1A蛋白专一性地杀鳞翅目昆虫(棉铃虫、玉米螟、水稻螟虫等),Cry3A专一性地杀鞘翅目昆虫(如马铃薯甲虫),称为这两种Bt蛋白的靶(标)生物,因为在这些昆虫的肠道上皮细胞上具有可与Bt蛋白结合的受体蛋白,两者相互作用,可破坏细胞膜结构、导致细胞内容物泄漏、最后肠道穿孔。非靶生物没有Bt的受体蛋白,Bt蛋白对它们不起作用。这就是Cry1A蛋白能杀棉铃虫、玉米螟而对哺乳动物、人畜无害的根本原因。基于这种独特的杀虫机制,风险分析的重点应集中在Bt蛋白对靶生物的影响,而不是对非靶生物的影响。家蚕、大斑蝶等同属于鳞翅目,评价Cry1A对它们的影响是必要的,但仍属于对靶生物的影响。就Cry1A蛋白而言,鳞翅目以外的生物均属于非靶生物。

据不完全统计,EPA已相继批准Bt抗虫作物16批次,包括不同的作物(棉花、玉米、大豆等)和不同的Bt基因(Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1F、Cry2A、Cry3A、Cry3B、Cry9C、vip3Aa等),并且明确这些产品豁免标容许残留量,因为科学数据已证明,Bt蛋白的残留量在所有食品和饲料中、即使在婴幼儿食品及饮用水中都不会对人体健康有不利影响(以Cry1F为例)。1996年是全球转基因作物产业化的元年,在此之前和之后分别用非转基因和转基因饲料。美国对转基因作物产业化前(1983—1995,13年)和产业化后(1996—2011,16年)的畜禽健康状况做了调研,涉及1.0×1012头畜禽,采集的数据包括畜禽产量、健康状况、肉蛋奶中的营养成分等。报告表明,产业化前后实质等同,没有区别。

评估Bt作物对非靶生物的潜在风险曾付出了巨大努力,分析过的物种包括空中飞的鹌鹑、蜜蜂,水里游的斑马鱼,试验动物小鼠、大鼠,地上跑的鸡、小型猪,土里钻的线虫、蚯蚓乃至微生物,以及农作物上栖息的各种节肢动物等等,结果都是没有负面影响,因为它们都是非靶生物,符合科学原理。这是过度评估最典型的例子。当然,开始时没有经验,做多一点可以理解,但时至今日,重复评估便没有必要。目前,中国安评中硬性要求做6种非靶生物,其恰当性值得推敲。如确有潜在风险考虑、科学上又有合理的假设,则建议借鉴国外经验,采用事先咨询磋商办法确定该做的内容。

对非靶生物的影响,一是直接影响;二是通过食物链的间接影响。有些非靶生物是靶生物的捕食性天敌,如瓢虫类、蜘蛛类等,研究Bt蛋白对它们的间接影响是必要的。已有的科学数据表明,Bt杀虫蛋白能通过食物链从靶昆虫传递至非靶标昆虫,但不会在食物链中富集。转基因水稻中的Cry1Ab蛋白虽可通过食物链传递至捕食性天敌如拟水狼蛛,但对后者的生存、捕食、发育进度及繁殖力均无负面影响。

Bt抗虫棉,杀虫效果非常明显,棉铃虫、棉蚜等虫口密度急剧下降,但同时因农药使用量和打药次数大大减少,次要害虫盲蝽象上升为棉田中的主要害虫,但这并不是Bt棉的过错,更不是什么“超级害虫”。自然界中,物种的此消彼长是一种十分常见的现象。

3.3转基因飘流

基因飘流的定义:目前,研究者对基因飘流这一术语尚没有一个确切的科学定义。由此导致表述不尽一致,如:“基因飘流”、“基因漂流”、“基因漂移”、“基因污染(genecontamination)”等等。我们团队经长期研究水稻转基因飘流,认为基因飘流的狭义定义应为:“同种或异种有性可交配物种之间通过风媒或虫媒、或风媒加虫媒、供体的花粉扩散到受体植物的柱头上授粉、受精结实,简称由花粉扩散介导的基因飘流(基因流)或有性杂交(异交)”。基因飘流在本质上即通常所说的异交结实。有性不可交配的植物种之间不存在狭义的基因飘流。

花粉扩散和基因飘流显然与“风”有关,而与“水”的关系较小,尽管空气相对湿度会影响水稻颖壳和花药开裂,进而影响散粉。台风暴雨时水稻基因飘流率并不增大,因为雨天水稻颖壳、花药不开裂,即使偶有散粉,花粉粒也会在吸水后膨胀爆裂,故用“基因漂流”或“基因漂移”表述不合适。基因飘流不但在异交作物(如玉米)上发生,自交作物(如水稻)也有一定的异交率。说明这原本就是一种普遍的自然现象,历来存在,并非从转基因作物开始才有基因飘流。“基因污染”更是贬低或妖魔化转基因的一种说辞。应当指出,基因飘流既有引起混杂的负面影响,也有正面作用。在漫长的植物进化过程中,基因飘流或异交产生双亲之间的基因重组、修饰和变异,是物种进化的动力之一。没有基因飘流就没有现代海量的植物种。

阈值和隔离距离:1996年,中国发布农业转基因生物安全管理办法,规定转基因水稻的安全隔离距离为100m,并已沿用至今。办法制定时,国际上既缺少转基因飘流的研究报告,又无监管实践经验,故当时将各种作物的隔离距离标明为“参考隔离距离”。经15年对水稻基因飘流系统研究,有理由认为,与时俱进地修改这100m的隔离距离时机已经成熟,既符合按风险分类管理的原则,又利于增强可操作性,降低监管成本。其他作物上30年中也积累了大量数据,我们团队曾对国际上发表的主要农作物(水稻、小麦、玉米、棉花、油菜等)转基因飘流频率和距离数据进行调研分析,列出了各种作物0.1%阈值基因飘流的最大距离,可作为设定有效隔离距离的参考。欧盟和澳大利亚也发表了各种作物基因飘流的隔离距离。我们团队还在玉米上建立了适于区域范围应用的玉米基因飘流模型,分析了中国东北春玉米区历史上最大的基因飘流阈值距离。

在综合“水稻转基因飘流”专著数据的基础上,我们对GE水稻的安评监管提出了建议,建议内容可概括为:“1个阈值标·准;5个隔离距离;1个监管重点区域;1个重要结论”。体现了以风险为基础的分类管理和阈值管理原则。

阈值标准:以0.1%作为水稻转基因飘流的阈值标准。分类管理和阈值管理是农产品质量监管和国际贸易中普遍采用的原则。0.1%阈值是指在1000株中因基因飘流产生的杂株小于1株,种子纯度达99.9%以上,可满足生产原原种的要求。

隔离距离:转基因水稻与常规稻、杂交稻品种隔离10米。常规稻、杂交稻品种因自花授粉,基因飘流距离较短。据用建立的水稻基因飘流模型计算,中国南方稻区17个省(市)1128个水稻主产县过去30年中,92%的县最大基因飘流阈值距离(MTD0.1%)不超过5米,最大极值为9.2米(云南曲靖市马龙县,双季早稻)。10米隔离距离已经足够。
与不育系繁殖、杂交稻制种隔离200米。不育系因自身花粉不育,全靠接受外来花粉受精结实,转基因飘流距离较远,尤其是在沿海和河谷等风速较强的地区。
用于生产药物和工业品的转基因水稻与不育系隔离350米,与栽培稻品种隔离50米,以防止这些基因及其产物通过基因飘流进入食物链。在全部试验中,检测到的最大飘流距离是320米(在风速较大的三亚,向异交结实率很高的不育系中9A的基因飘流率在320m处为0.009%);用13个栽培稻品种在3个水稻生态区(杭州、广州、三亚)3年试验的结果,0.1%阈值的最大距离均小于50米。

重点监管区域:海南南繁区(三亚、陵水、乐东三县)每年都有大量水稻(包括转基因)材料加代繁殖或制种,若监管失控,基因飘流材料运回大陆后会在各地产生“放大效应”,必须从源头实施最严格的监管。海南南繁区三县以乡镇为单位的小尺度水稻基因飘流最大阈值距离可参见胡凝等。

重要结论:在中国南方有普通野生稻(Oryzarufipogon,以下简称普野)分布的稻区,可以推广种植获得安全证书的转基因水稻,与普野之间无需采取特别的隔离措施,生态风险极低或可忽略不计。据长期跟踪观测,栽培稻中的转基因飘流至普野后产生的杂种(飘流F1),经3—5代即逐渐消亡,人工模拟混栽群体中含Bt(抗虫)或bar(抗除草剂)基因的植株数逐年减少直至消亡。究其原因有:(1)繁殖方式不同,飘流F1株型直立,通过稻蔸再生的能力远低于普野匍匐茎的再生能力;(2)飘流F1产生的种子因休眠期长,来年早春气温升高时,普野地下匍匐茎迅速再生新枝,覆盖地面,严重郁闭和抑制了飘流杂种后代种子发芽产生的实生苗的生长;(3)受栽培稻遗传背景的影响,飘流杂种的开花期比普野早,两者花期很少重叠,难以通过连续回交产生基因渐渗使转基因在群体中扩张。以上说明普野有极强的排他性和自我保护能力。对普野居群原位保护点调查,在与栽培稻长期相邻生长的匍匐型普野群体中很难找到直立型的杂种后代植株,也进一步佐证了上述结论。在ELLSTRAND等撰写的综述中,曾将栽培稻/普野作为有等位基因渐渗、可能引起生态风险的个案提出,我们认为这仅是理论推导,并无详实的实验科学数据足以支持其结论。

杂草性:转基因飘流会否影响GE作物的杂草性、从而产生“超级杂草”,是安全性讨论中的另一个命题。需要指出的是,所谓“超级杂草”只不过是一种媒体语言,而非科学术语。迄今没有证据证明“超级杂草”的存在。在加拿大农民的油菜地里发现个别植株可抗1—3种除草剂,但在喷2,4-D后即被全部杀死。

杂草是在农田生态环境中,在不恰当的时间、不恰当的地点生长的植物。杂草的共同特性是,适应性和可逆性强、无限生长、连续开花结籽、种子休眠和种子扩散、在生态环境中具有定殖能力和入侵性。栽培作物经长期驯化,转入一个或几个基因不可能退化为杂草。CRAWLEY等报告了4种作物(GE和非GE)在12种生境下10年的比较结果,抗草胺磷的油菜和玉米、抗草甘麟的甜菜及含Cry杀虫蛋白或菜豆凝集素的马铃薯,均未发现GE比非GE的入侵性和长期定居性更强。

要关注的问题,一是GE作物种子散落后长出的自生苗,是否会成为下一季作物的杂草;二是GE作物中的抗除草剂基因飘流至杂草后,使杂草获得除草
剂抗性,在喷该种除草剂、具有选择压的情况下,使杂草的适合度增加,从而具有选择优势。在水稻上,由于大面积机耕直播,杂草稻(红稻)已在北美和中国一些地区成为严重问题,需要特别注意研究和评估GE水稻中的抗除草剂基因飘流至杂草稻后的风险。

3.4毒性、过敏性及非预期效应

转基因表达的蛋白必须经过严格的毒性和过敏性测试,营养成分分析则保证营养的等同性。毒蛋白:STEINER等的研究表明,常规育种中从未自发产生过属(genus)内已知毒性物质之外的新的毒蛋白。传统育种育成了成百上千个植物新品种,田间试验中迄今只发现两、三例有安全问题,而且都是作物中原来已知的毒蛋白,没有新的毒蛋白形成,因此是可以预测的。尤其需要强调的是,这些都是常规育种中的事例,而不是由重组DNA或基因组编辑技术产生的。这也是为什么已知含有毒性物质的作物,如马铃薯,在育成新品种后通常都要经过分析鉴定,以确保潜在有害物质的量维持在安全范围内。甘草和肉豆蔻中通常含有较高水平的毒性物质,但常规食用量则相当安全。芸豆、木薯中也含有毒性物质,但可用恰当的烹调技术将其降解。

过敏原:在过敏原评估中,已知唯一的例子是,将巴西坚果中的2S清蛋白基因转入大豆后,仍对一部分人群过敏,该项目自动终止。

营养成分:作物的化学成分随品种而变,但遗传修饰并不是唯一的变异源,即使在没有遗传修饰的情况下,作物的成分亦会受环境和农业措施的很大影响,因此,某一特定品种的成分也取决于它在何时、何地生长。一句话,作物成分随遗传、品种、环境而变,只说明其变化范围,并不触发过度的安全性考虑。只有当成分改变显著超过该物种的变异范围时,才引发特殊的安全性考虑。

非预期效应:通常作物成分的显著变异被认为是非预期效应。已知并非所有非预期改变都能引起可检测出的成分改变,故有时用90天全食物饲喂动物实验,试图检测出非预期效应。但欧洲食品安全局(EFSA)和国际生命科学研究所(ILSI)报告的结论是,这种动物实验缺乏检出能力。欧盟GMO风险分析与证据交流(EuropeanUnion’sGMORiskAssessmentandCommunicationofEvidence,GRACE)项目的最新报告进一步强调:90天动物喂养试验并没有提供任何新的信息,超过营养成分分析所能提供的信息。这就提出了一个问题,中国安评中要求做的90天全食物动物喂养试验,是否可用营养成分分析替代,用ILSI的作物成分数据库或建立中国自己的作物成分数据库。

科学数据表明,引起非预期效应的DNA水平改变,与植物基因组中天然发生的DNA改变(如SNP)没有什么区别。这一结论后来被SCHNELL等的综述进一步强调。GE作物中可能发生的非预期效应不会大于常规育种作物,而且在两者中发生的频率都极低。NRC的报告早就指出,“常规育种中很难精确预测性状和表型的改变,而现代分子育种技术则使人们能更好地预测表型的改变”。因此,食品和饲料安全性评估,重点应放在预期改变上,考察该物种中的已知毒性物质、过敏原和抗营养因子水平是否改变。

从基因系统树(phylogenetictree)考虑,不应对结构功能相关的蛋白作不同的安全性考量,因为蛋白要保持其功能,必须保持其结构特性。例如,不同物种中抗草甘膦的EPSPS蛋白,都有相似的三维结构。如果大豆的EPSPS无害,则来自农杆菌CP4或其他细菌或植物的EPSPS相似物也应该无害。由于迄今未发现EPSPS有负面效应,因此,所有EPSPS分子均应认为实质等同。

酶类常不耐突变,已知氨基酸替代、插入和缺失都不会把一个无害的酶(蛋白)变成毒蛋白或过敏原,因此,将这类基因转入食品或饲料作物风险很低。

3.5标记基因和植物病原的DNA序列

标记基因(包括选择标记基因及报告基因)。目前使用的选择标记基因主要有抗生素抗性和除草剂抗性两大类。它们在遗传转化中起重要作用,非转化的细胞由于没有抗性被杀死,具有抗性的转化细胞和植株则被筛选出来,简单易行。报告基因包括β-葡糖醛酸苷酶(gus)、荧光素酶(luc)、氯霉素乙酰转移酶(cat)、以及绿色荧光蛋白(gfp)基因等。

早在1993年,FUCHS等就已对卡那霉素抗性(KanR)基因nptII作过详细的风险分析,由于KanR基因已在土壤和肠道微生物中广泛存在,以及卡那霉素作为一种抗生素在治疗中的价值有限,目前,医院中已很少使用,仅作为兽用,GE作物中nptII的安全性已得到肯定。1996年北欧部长委员会发布“转基因食用植物中标记基因的健康问题”报告,对现用的几种标记基因作了详尽分析,明确指出nptII等标记基因可以安全使用。事实上,迄今进入田间试验和产业化的GE作物,绝大多数都含有这类标记基因,20年来并未发现任何安全问题。因此,“删除一切外源DNA序列”的要求并无科学依据。

标记基因并无直接毒性。任何DNA都由4种碱基组合而成,目前,所用的标记基因在DNA组成上并无特异。据计算,在24小时内进入消化道的真核DNA在小肠中有200—500毫克,在结肠中则为20—50毫克。食用转基因番茄FLAVRSAVRTM(Calgene公司)后,在同样时间内摄入的卡那霉素抗性基因DNA估计为0.33—1.00pg,因此,与消化道中持续存在的其他DNA相比是微不足道的。根据所有生物食品都含有大量DNA,DNA在肠胃道中很快被降解,标记基因的DNA组成并无特异,WHO及FDA得出结论:食物中的转基因DNA本身并无安全性问题。

植物病原使植物致病,对农业生产有害。因病原感染,农产品中都或多或少含有植物病原物。转化载体中用的植物病原DNA序列,如土壤农杆菌的T-DNA和CaMV35S启动子,只是植物病原中的一小段DNA序列。这些序列既不可能使GE作物变为植物病原,食用后也没有直接毒性。现代基因组测序已提供科学铁证:所有作物中都含有天然的植物病原DNA序列。过去30年中,几乎所有在美国做田间试验的GE作物,都含有T-DNA和CaMV35S启动子序列。USDA/APHIS将这些序列作为监管物(regulatoryarticle)是不科学的。

4建立以风险为基础的分类管理框架

科学评估必须以风险为基础,监管的松紧程度应与风险类别(低、中、高)相适应。必需区分“真实风险”和“臆想风险”,相似项要用相似方法监管,提出的监管内容要有理有据。若监管内容不科学,则整个过程便不科学。因此,建议建立以“风险为基础”的分类管理框架。

GE作物的风险取决于物种、基因(性状)、及释放的环境,应按物种、基因、环境三位一体,对风险进行分类。对低风险或风险可忽略不计的产品放松监管,归为高风险或特殊风险的则严格监管。

按物种分,基因供体和受体植物若已有长期安全食用的历史,则风险极低或可忽略不计;尚不太熟悉或尚无安全食用历史的植物种,风险类别中等;已知含有毒性物质、过敏原或抗营养因子的植物,风险类别高。

按基因来源分,可分为:种内转基因(intragenesis)、近缘转基因(cisgenesis)和远缘转基因(transgenesis)。种内转基因是指同种植物内的基因修饰和转移,如大多数基因组编辑技术改良的作物,将种内的某个或某些基因沉默、敲除或插入、修饰,风险极低。近缘转基因是在有性可交配物种之间转基因,风险类别低。远缘转基因则是转入有性不可交配物种的基因,风险类别中或高。

按照环境划分,若GE作物释放的环境中不存在有性可交配的近缘野生种或杂草,或虽存在有性可交配物种,但其杂种无生存竞争优势,无基因渐滲,则风险极低;若生态风险尚不确定、需待长期跟踪观察,则风险中等;释放环境为该物种的起源中心,从野生资源保护考虑,风险类别高。

显然,三者之间存在交叉。若每一类(物种、基因、环境)分为3个等级,均按1、2、3计分,将三类计分的乘积作为总分,则27个组合中,总分最小的为1(1×1×1=1),最大为27(3×3×3=27)。最后按总分可将它们分为3组:1—6为低风险组,8—12为中风险组,18—27为高风险组。当然,每一等级的计分还可按潜在风险的大小、对其权重做适当的调整。这样既体现了分类管理,又便于量化。

根据现有科学知识和30年积累的经验,综合考虑物种、基因、环境3个因素,现将GE作物低、中、高风险分类如下:
(1)低风险或风险可忽略不计,包括:目前已批准大规模产业化的同类产品(作物和基因);含有标记基因、报告基因、或调控元件(如35S启动子、T-DNA序列等)的产品;RNAi或反义DNA抑制内源基因表达的产品;基因组编辑定位敲除内源基因的产品;少数碱基定位插入、缺失(indel)或突变(SNP)的产品;个别氨基酸定点突变的产品;寡核苷酸介导的突变产品;在封闭或控制条件下用GE植物生产的产品,如:酶制剂、糖类、脂类、燃料、塑料、食品添加剂、调味品、化合物及中间体等。
以上产品在接到申报后可一次性审核,明确是否属于监管范围。条件是资料齐备,分子特征清楚,遗传性稳定,或纯度极高,对人畜无害等。

(2)中等风险(过渡阶段),包括:目前尚未经安全性验证的新基因及其编码蛋白;释放环境中有可天然异交的近缘野生种,且生态风险尚未确定;未来5—10年的新产品,如合成生物/核酸、无细胞产品、基因驱动(genedrive)产品、基因工程藻类、不育昆虫、RNA喷剂治虫、生物固氮、生物治污、生物传感器等等。此类产品为临时分类,研究清楚后可重新归类。

(3)高风险,包括:已知毒蛋白、过敏原、在胃肠道內降解缓慢的蛋白;生产药物和工业品的GE作物;积累重金属(包括挥发性汞)的GE植物;释放环境为该物种的起源中心,有可能引起潜在生态风险;转化非熟知的受体生物,用多种生物的DNA或用完全合成的DNA改变多个生化途径,没有可参比的传统非转基因产品等。

展望未来,前途光明。随着新技术、新产品层出不穷,科学数据和监管经验的积累,相信安评监管将更加科学,重点将放在高风险类别。届时科技创新和GE作物的产业化将进一步飞速发展。

注:基因驱动是指偏离遗传的一种体系,其中的某一基因元件能通过有性繁殖由亲本传递至下一代而得到大大加强。其结果是,某一特异基因型优势增加,使该物种的遗传成分具有特定的基因型,从而决定其表型(性状)代代相传,并可能在整个群体中扩展。

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来源:《中国农业科学 2018,51(4):601-612》

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