孟山都解读Bt转基因安全问题

2013-08-23 15:39 | 作者: | 标签: 孟山都 Bt转基因安全


图lexisnexis.com
 
多年来,苏云金芽孢杆菌(Bt)一直用来控制以农作物为食的害虫幼虫,并且在美国、欧洲和其他一些国家被广泛用于经过认证的有机农业生产之中。当将Bt药剂喷洒在农作物叶子上后,昆虫幼虫就会进食植物细胞、孢子和药剂中的杀虫蛋白。

杀虫蛋白以原毒素蛋白的形式存在,而在昆虫的碱性肠道环境中,蛋白酶将其转换为具有活性的昆虫毒素。它们与昆虫中肠上皮细胞膜上的特定受体结合,并在细胞膜上形成微孔,从而使肠液中的水和电解质渗入细胞,这会使昆虫的中肠上皮细胞肿胀进而溶解。其后由于细胞中的电解质进入了昆虫血淋巴,从而引起电解质失衡,最终导致昆虫麻痹,昆虫因而停止进食并死亡。孢子还可在虫体内发芽并进行繁殖。

自然界中主要有两种类型的Bt杀虫晶体蛋白,Cry蛋白和Cyt蛋白,且在每种Bt蛋白都存在相当多的不同变异株。

Cry蛋白被用作生物杀虫剂已经有超过50年的历史。由于其具有物种特异性(只控制靶标害虫)且环境残留少,因此被认为是高度环保的杀虫剂。这类杀虫剂在中国也已经被广泛应用了几十年,数万吨的各类Bt杀虫剂在农作物(大米、蔬菜、玉米)、森林及水系中应用,以控制蚊子及其他昆虫幼虫。在一些必须将饮用水储存在容器中的地方,Bt微生物会被添加到饮用水中以控制蚊子幼虫的生长。

由于微生物可以被雨水冲洗掉,且在喷洒农药后的几天内Cry蛋白会在阳光下失去活性,因而Bt微生物施用于叶子表面进行杀虫的效果有限。生物技术将Cry蛋白的基因转到植物中已成为可能,这样Cry蛋白可在植物中表达并且在整个生长季保护植物避免虫害。目前,大多数商业转基因Bt作物仍是基于Cry蛋白,而已经商业化的Bt作物还没有使用Cyt蛋白。

Cry蛋白的作用机理及食品安全性

只有那些在肠上皮细胞上具有特定受体的昆虫才会受Cry蛋白的影响。人类、猕猴、小鼠、大鼠和牛等体内缺乏此类受体。因此这些生物即使在进食了上千或百万倍的对靶标害虫产生急性毒性反应的剂量时,也不会受到不利影响。

据估算,一个成年人必须在一天内食用90万公斤的未做熟Bt转基因玉米,才能达到相当于对小鼠进行急性试验所使用的等同剂量的Cry1Ab蛋白(4 000毫克每公斤)。

Bt微生物产品和转基因Bt作物长期的安全使用记录支持了Cry蛋白具有安全性。与化学农药相反,在农业中使用中人体不良反应与Bt微生物杀虫剂的使用没有相关性。在早期的Bt微生物安全评估实验中,人类志愿者口服了1010个Bt孢子,连续服用5 天,而且呼吸道吸入了109个Bt孢子,而没有不良反应发生。

在最近一个对Bt安全性所作的回顾中指出,“在世界上的很多地区,新鲜蔬菜经常在收获后几天内就上市,而这些蔬菜上市前不久曾被喷施Bt。这在有机农业方式生产销售的过程中尤为普遍。对诸如西兰花、黄瓜、西红柿、菜花和生菜等仅经过简单冲洗即生食的蔬菜进行喷施Bt杀虫剂尤为普遍。在这些案例中,人类直接食用了成千上万的Bt孢子和杀虫晶体蛋白”。

由于其安全特性和在农业上的长期安全使用记录,在Bt微生物已经注册的国家均已免除设定上限允许剂量。根据前几年的数据,在美国至少有180种Bt微生物产品注册,在欧盟有120多种微生物产品注册。据报道,在中国大约注册有276种Bt微生物产品。

转基因Bt作物安全性评估

目前用于饲料和食品的已商品化的转基因Bt作物主要是转基因Bt玉米和棉花。每一个注册的转基因Bt作物都根据国际食品法典的建议接受了安全性评价,转入的Cry1Ac和Cry1C蛋白的食品安全性已被评估,其中包括蛋白质特性、在模拟消化液中进行潜在的消化率评估、在小鼠中进行急性高剂量口服毒性试验、与已知毒素和致敏原进行氨基酸序列比对及对非靶标生物的作用。

根据上述国际食品法典的指导方针(2009年),评估转入蛋白质的潜在致敏性是通过对比转入蛋白质的生化特性与已知致敏原的特性进行比较。以下4种情况下可以认定新引进的蛋白质不太可能具有致敏性:①该蛋白质的来源为非致敏原;②该蛋白质只占植物蛋白质总量的极小部分;③在使用生物信息学搜索工具与已知致敏原氨基酸序列进行的同源比对中,未发现该蛋白质与已知致敏原的氨基酸序列具有结构同源性;④该蛋白质在模拟消化液中可以被消化。

所有在转基因Bt作物中表达的Cry蛋白均已根据上述食品法典的指导对潜在致敏性进行了评估。那些被用于商业转基因Bt作物中的蛋白质与已知蛋白质致敏原的特性不同,即它们很容易在模拟胃液中被消化,且通常蛋白质的表达水平低,通过生物信息学搜索与已知的致敏原在结构上不具有相关性。

在过去几十年里,商业上生产和使用了成千上万吨的Bt微生物制剂,没有迹象表明在生产制造过程中以及在农业操作和森林养护中施用Bt微生物的工人发生过致敏性反应。同样,20世纪90年代以来生产了百万吨的转基因Bt作物,没有在那些加工处理或食用此类谷物或种子的人群中发生致敏反应的报告。

在典型的玉米和大豆加工成食物组分的过程中,经常会加热到95~100℃,尽管这样的高温并不会改变变性蛋白的营养价值,但是可使蛋白质功能丧失。因此,当进食此类作物加工过的食物时,摄取任何具有功能活性的Cry蛋白的可能性即便有,也非常小。

在中国的种植玉米区,伏马菌毒素也是常见的玉米污染毒素。摄入伏马菌毒素能引起农场动物及人类多种健康危害。除了抗虫性,很多国家都发现其种植的转基因Bt玉米杂交种中的伏马菌毒素的含量会比非转基因Bt抗虫玉米低。玉米种植环境中存在很多种能够产生毒素的真菌,如镰刀菌等。它们可以通过因昆虫取食而受损的植物组织进入玉米植株内,到达植物组织(茎杆、穗部等)。因为Cry蛋白可通过控制害虫减少害虫对植株的损害,因而减少了真菌感染的可能,进而减少霉菌毒素的污染。

(作者Bruce Hammond为孟山都公司生物技术毒理学技术总监,生物技术进展,2011,有删改)

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