转基因水稻潜在致敏性的安全性评价

转基因水稻潜在致敏性的安全性评价

摘要:利用基因工程技术已经成功培育出抗虫､抗病､抗逆､耐除草剂和改善营养品质的转基因水稻,其安全性问题成为研究热点｡对转基因水稻上市前进行严格和科学的安全性评估是当前一个亟待解决的课题,其中一项重要内容是评估转基因食品的致敏性｡对当前国内外水稻过敏原的研究､对转基因食品潜在致敏性的安全性评价以及加工处理对致敏原的影响等研究进展进行了综述｡

关键词:水稻过敏原;转基因水稻;潜在致敏性;安全性评价

The Safety Evaluation on Potential Allergenicity of Genetically Modified Rice

Abstract: As genetically modified rice, like insect and disease resistance, stress resistance, herbicide tolerance and improved nutritional quality, and so on, had been successfully produced by genetic engineering techniques, the security issues became a research focus. Safety assessment of transgenic rice pre-market has been a rigorous and scientific problems to be solved, an important part of which was to assess the allergenicity of genetically modified foods. The current domestic and international research on rice allergens, safety evaluation on the potential allergenicity of genetically modified food, and the impact of allergen processing research were reviewed.

Key words: rice allergen; transgenic rice; potential allergenicity; safety evaluation 水稻(Oryza sativa L.)作为世界上最重要的粮食作物之一,培育高产､优质的水稻

品种对世界水稻生产具有重要的现实意义｡利用基因工程技术已经成功培育出抗虫､抗病､抗逆､耐除草剂和改善营养品质的转基因水稻｡转基因水稻给人类带来的经济､社会､营养等方面的效益是明显的,然而在2005年的非法转基因水稻污染中国大米事件发生后,对转基因水稻生物安全问题的关注程度日益加强,加快推进转基因水稻产业化进程中如何最大限度地降低其可能带来的风险;发展和完善蛋白致敏原的检测､鉴定和分析方法;加强对转基因水稻的致敏性评价研究,保障其健康有序地发展,是目前面临的关键问题｡本文就转基因水稻的潜在致敏性的研究进展进行了综述｡

1 水稻过敏原的研究

作为人类主食被消费的谷物食物如大米､小麦､玉米等发现过敏现象后,引起科学界的高度关注｡1978年Shibadaki等[1]报道水稻蛋白具有过敏作用,1988年Matsuda等[2]运用HPLC､ELASA､SDS-PAGE及亲和层析法分离纯化得到一种存在于水稻种子胚乳中的过敏原,进一步研究发现该过敏原分子中脯氨酸(Pro)和半胱氨酸(Cys)含量比谷蛋白和球蛋白要高｡且这种过敏蛋白在100 ℃处理60 min后仍然可保持60%的过敏反应活性｡Urisu A等[3]通过进一步分离得到6种过敏蛋白,分子量分别为14､15､16､26､33､56kDa｡发现14~16 kDa过敏蛋白具有α淀粉酶抑

制剂活性[4,5],33 kDa过敏原蛋白(Glb33)与细菌乙二醛酶Ⅰ有较高的同源性,具有乙二醛酶Ⅰ活性,存在于水稻成熟种子及其茎叶[6]｡水稻种子过敏蛋白(RA)属于α-淀粉酶/胰蛋白酶抑制剂家族,RNA印迹分析,水稻种子在开花后15~20 d能最大限度地积累RA基因[7]｡

2 转基因水稻潜在致敏性评价方法

2001年FAO/WHO组织专家咨询委员会[8]提出了转基因食品潜在致敏性评估程序｡该程序的第一步判断基因来源;第二步进行序列相似性比较;第三步血清学试验;第四步模拟胃肠液消化试验,如有可能还要进行动物模型试验｡根据各步测试,给出致敏性的高低等级,与2000年公布的评估程序相比,去除了皮肤穿刺和双盲法食物攻击试验,增加了动物模型试验｡

2.1 氨基酸序列分析

根据FAO/WHO决策方案,使用SDAP､Farrp和NCBI三大数据库对蛋白潜在致敏性进行评估｡倪挺等[9]收集了目前已知的过敏原氨基酸序列以及已经研究的过敏原决定簇,建立了一个食物过敏原数据库(),专门用于过敏性评估中的序列相似性比较,该数据库提高了序列相似性分析的准确性,还包括模拟胃肠液消化试验､放射性变应原吸附抑制试验(RAST INHIBITION)等在过敏性评估中非常重要的试验方法｡在进行序列相似性比较时,使用合理的运算法则和参数十分关键｡天然过敏原的细胞表位还包括非线性的构象表位,仅通过鉴定连续的氨基酸残基是否相同来判断蛋白的过敏性可能会造成失误,局限于氨基酸一级序列的比较,并不包括蛋白质之间空间结构相似性的比较,将连续相同的氨基酸数量和相同氨基酸含量联合比较能够得到更合理的结果[10]｡目前主要采用FASTA(Fast alignment)或BLAST(Basic local alignment search too1)､Allergen online等程序[11]｡转基因表达蛋白是否引起过敏,还取决于外源基因表达产物在人的消化系统中能否快速被降解和消化,以及与高过敏患者血清学反应检测等[12]｡2.2 特异血清学试验

特异血清筛选试验是判定基因表达产物是否致敏的直接方法,即检测表达蛋白与对转入基因源过敏个体的IgE反应｡然而,食物过敏不全是由IgE介导｡以IgE介导的食物致敏性评估为基础,过敏患者过敏原特异性IgE抗体有限､食品蛋白及其他过敏原之间的交叉反应性和加工食品中蛋白质修饰等都是要考虑的问题[13]｡Baldo等[14]发现,不同种谷物,例如禾本科家族的水稻､玉米､小麦､大麦､黑麦之间有交叉免疫反应,且其交叉反应程度与他们在分类学上的亲缘关系的远近相一致｡目前,治疗小麦或玉米过敏症的重要方法之一,便是用日本小米或意大利小米代替饮食中的小麦､玉米[3]｡Cry蛋白由Cry1Ac､Cry1Ab､Cry2Ab编码,存在潜在的过敏交叉反应,利用生物信息学搜索工具,识别分析任何潜在过敏原的蛋白质氨基酸序列[15]｡目前迫切需要对不同种谷物之间的交叉过敏原性及各自的免疫原性的产生机制作深入的了解｡

2.3 模拟胃肠液消化稳定性

20世纪70~80年代进行蛋白质的营养价值评价时,胃蛋白酶消化法被建立和发展于预测氨基酸生物利用率｡1996年,Astwood等[16]首次将体外胃蛋白酶消化方法系统地应用于食物致敏原的消化稳定性评价｡从1996~2003年FAO/WHO食品法典委员会(CAC)公布的新的转基因食品致敏性评价策略,消化稳定性试验一直是评价新外源蛋白质,尤其是通过基因工程转入传统食品中新表达的蛋白质可能致敏性的必选实验项目[17]｡很多蛋白都建立体外模拟胃肠液消化稳定性和热稳定性试验,蟹类过敏蛋白､淡水鱼类小清蛋白､鲤鱼胶原蛋白等其他水产过敏原的