一种新的转基因监管体系（下）

阿里巴巴 · 发表于 2016-5-24 21:17:58

基因农业网编译（杨宁翻译，Panda校对）：

   基于风险的植物生物技术管理

   新的植物生物技术管理并不意味着一个无监管的法规环境。确切地说，一种真正基于风险的新方法会找出需要审查的植物，排除不需要审查的。跟过去一样，会进行环境安全或食用和饲用安全方面的审查。

   美国食品与药品管理局（FDA）对“新植物品种”的管理

   FDA有关“源自新植物品种的食物”政策可用于代替目前这种基于流程的方法，它直接适用于转基因产品，并且被纳入联邦政策差不多有25年了。该政策颁布于1992年，它强调，FDA的食品安全和应用营养中心并不因所使用的技术而实施差别管理。只有存在安全或营养相关问题时，监管部门才会进行更详细的审查，比如食品供应中出现了全新的物质、主要营养元素发生重大变化、天然有毒物质增加或者在消费者没注意的地方出现过敏原。

   “斯坦福模型”

   斯坦福大学的农业引进管理项目开发和描述了一种可广泛用于任何生物的环境风险评估的管理模型，不论这种生物是用哪种方法构造的。该模型评估环境和农业危害和风险的方法仿照了上面说到的美国农业部《植物保护法》的检疫规定。斯坦福模型采用的方法就是将植物分成几种风险类别，相对于美国农业部长期以来使用的将转基因生物归为植物有害生物或潜在植物有害生物“监管物质”的方法，这种模型显然更细致，并且更容易量化风险。

   如图2所示，所有的作物都可以用两种方式划分：根据风险类别进行水平划分，越往金字塔顶端风险越高；或者根据所使用的不同技术，用斜线对田间试验中的所有作物进行划分。绿色区域代表对常规育种培育的植物进行的田间试验，比如通过组织培养诱导体细胞变异来处理的筛选或杂交；最右边的两部分分别对应的是通过重组DNA的遗传修饰和基因组编辑技术得到的植物的田间试验。

   图2：随着历史（时间）的发展，不断有新的技术应用于植物育种过程。相应地，利用每种技术也都会培育出属于不同风险类别的植物。可以如图虚线所示，进行垂直分类。对于某一种特定的育种方法而言，其造成严重风险的几率很小。

   自1997年斯坦福模型年发表以来，科学进步带来了更新的分子育种方式，也就是常说的基因组编辑或精确育种，包括ZFNs、 TALENs、CRISPR-Cas9以及寡核苷酸介导的突变。不管运用何种技术，这一模型都能继续提供具有科学可靠性且基于风险的管理方法，这一方法也可扩展到合成生物技术中。

   关键在于讲到非预期效应时，作物遗传改良所采用的任何一项技术都不会增加特别的风险。如果有风险，大部分改良植物带来的风险都很小，并且与所采用的育种改良方式无关。有一些高风险的生物——如口蹄疫病毒、感染粮食的锈病和和高入侵性的杂草——不管它们是野生型，还是以任何方式基因改造的，在田间试验时都应更加注意。因此，高风险生物是有的，但没有高风险技术。

   植物也许有害、有毒、有入侵性等等，但大多数是几乎没有风险或者是低风险的，尤其是已经被人类驯化的农作物。DNA重组技术和基因组编辑在对作物安全性的影响方面与其它技术没有什么不同，但与其他的旧技术相比，它们更精确且效果更加可预测，因而安全性更高。此外，DNA重组技术得到的作物能够通过体外、体内和生物信息学方法对插入遗传物质表达的蛋白质的安全性进行检测。

   FDA在1992年有关新植物品种的政策说明种将“基因修饰”定义为“使用任何新型或常规技术改变植物的基因型”。因而，广义上的修饰是指不论什么方法，通过增加、删除和改变遗传性状引起的变化。这种修饰可能很小，比如影响一个基因的单位点突变，或者也可能是影响很多基因或者甚至整个染色体的遗传物质的重大变化。但大多数栽培的农作物（如上面讨论过的玉米和小麦）早已在驯化过程中通过一种或多种方法进行了全面的遗传修饰。

   斯坦福模型也类似于《微生物和生物医学实验室生物安全手册》中所描述的美国国立卫生研究院 (NIH，马里兰州贝塞斯达)和美国疾病控制中心(CDC，佐治亚州亚特兰大)采用的方法。在第五版中，该手册规定了微生物（包括已知的最危险的病原体）的研究中应当采取的恰当的程序和物理防护。该手册未区别 “野生型”生物或者已经用某种传统或者新培育方法进行基因组编辑或者基因修饰的生物。

   为了达成本手册的目的，由科学家组成的专家小组将微生物分为了不同的风险类别。根据生物的病原性特征、有无针对感染的治疗方法以及物理因素（如生物是否在可能产生气溶胶的条件下生长）等确定微生物的风险分类。

   斯坦福模型使用的一系列风险类别很容易适用于大范围的生物类型及地理区域，甚至能适应各种监管机构以及松或紧的管理偏好。它可以用于评估任何引入的生物，不仅仅限于那些用某种技术进行修饰的生物。对这种能广泛应用的方式的需求是不言而喻的，可以将严重的生态风险与通常被忽略的植物有害生物和“外来的”或非共同进化的植物关联起来，然而，监管机构仍然将关注的焦点放在风险很小的DNA重组修饰植物上。

   恰当的风险分类只关注植物的固有特性、任何新的或变化的特性的本质，以及作物将被引入的环境。

   风险分析任务首先需要确定需要保护什么东西免于基因修饰可能带来的危害，也就是保护对象。有了这一明确目标，就可以检测通过修饰引入（或改善）的特性，以此确定它们是否给保护对象带来了增量危害。在每一种情况下，肯定都会有在生物学上貌似合理的一连串事件将基因修饰与有害结果联系起来，并且能通过假说（如伤害路径）进行描述和测验。

   除了食品安全要单独评估，一般的保护目标还包括防止杂草性增强、基因漂移造成的生物多样性减少，以及对农业和生态系统很重要的植物的危害。

   通常，危险评估的关注点在于可能对生物多样性造成的威胁，而没有考虑可能带来的好处。对生物多样性的威胁包括栖息地破坏和退化。造成这种影响的原因之一就是将天然动物栖息地变成农业用地。但基因工程修饰作物能增加现有耕地的产量，减少农业生产对环境的影响。这可以减小将更多自然栖息地变成农业用地的压力，因此有利于生物多样性。

   以下这些基于风险的因素对所有的引入植物的评估和批准模型算法来说都是不可或缺的：第一，变成杂草或使杂交亲和的近缘物种变成杂草的能力；第二，与其他可能受影响的生物之间的生态关系；第三，减轻任何相关风险的难易程度。

   风险是一种可能性，可表示为基因修饰造成的危害以及所造成危害的程度的算数函数，通常表达为：

   风险=危害×曝露水平（Risk = Hazard × Exposure）

   这种可能性可进行简单的功能分类：
   • 非常低：预期只在极少数情况下发生；
   • 低：预期会在某些情况下发生；
   • 高：预期很多情况下会发生
   • 非常高：预期大多数情况下都会发生

   如果将危害具体化，危害的程度也可进行分类：
   • 极小的：可以忽略的危害或小到难以测量；
   • 小的：这种危害是可逆的，并只限于特定时间内。

   周期、空间或者受影响的种群也可以分类：
   • 大的：会造成普遍危害但是危害可逆；
   • 极大的：会造成广泛的、长期的或永久性危害。

   然后可以用这些标准将植物进行分类：即将给定植物放入到几种风险类别的其中一种（图3）。大多数农作物—基因组和属于第1类（风险可忽略不计），只有少数属于第2类（低风险）。

   风险

   危害

   图3：为达到管理目标，利用表算法将转基因生物在斯坦福模型环境风险类别中进行了分类。可能性、危害分类和表格都改编自ref.58。

   植物生长的地理位置也有影响。如果棉花释放在其起源中心以外，那么它可能属于第1类，如果在起源中心附近或者分布在杂交亲和的近缘物种周围，则属于第2类。在后面这种情况中，仍需评估转基因进入野生近缘种后可能造成的结果，比如它能否能让野生近缘种产生生存竞争优势。

   这一模型的突出特点在于，它所考虑的因素与运用的基因修饰技术的性质无关（如果有运用技术），与引入遗传物质的来源也无关。是否用常规培育技术或分子方法来修饰生物与该生物所引起的风险无关。与远缘生物（如不同属、科、目、纲、门或界的生物）的DNA组合同样也与引起风险无关。基本上，任何风险只源自于外源性DNA的核苷酸碱基序列，但绝大多数这种序列不存在风险。因而应将表型作为监管重点。

   监管要求与风险相称。在一个具有科学可靠性且基于风险的管理体系中，研究者和监管部门应该依照风险类别采取相应的监管措施。当风险水平提高时，监管水平也应提高，应包括以下内容：“彻底免除”监管审查；给监管部门一个简单的“明信片通知”；“只对给定类型中的第一件产品进行上市前审查”；“对分类中所有产品进行个案审查（在真正存在植物有害生物风险时）”；甚至“禁止使用”（比如目前美国叫停境内口蹄疫病毒实验的案例）。

   那些被认为具有中等或较大风险的一些常规培养品种和所谓的“外来”品种，目前它们的引入是无需接受法规监管的，而在这一体系下，这类作物品种可能会接受适当程度的监管审查。如果合成的毒素水平超过毒理学关注阈值，那么这类植物也要接受适当监管审查。这种分类会考虑产生毒性的剂量，以及对某种生物来说有毒的物质（Bt蛋白对鳞翅目和鞘翅目生物有毒，巧克力对狗有毒）也许对另一种生物来说是无毒的，甚至是十分需要的（巧克力对人无毒）。但目前大多数需要接受这种“个案分析”的重组DNA修饰植物在新的体系下会受到较少（或者不需要）非常严格的审查。

   正如上面说到的，还要考虑经过修饰的植物（或其他生物）中新引入的或者改善的特性。大多数特性的引入、改善和下调（比如降低天冬酰胺水平，天冬酰胺在高温下会转化成可能致癌物丙烯酰胺）只会增加微不足道的或者较低风险，不会改变风险类别。但是，如果性状异交会增强野生植物的生殖适应性，并且导致它们具有杂草性或入侵性，或者会减少野生种群的遗传多样性，那么抗虫性引入种植在杂交亲和的野生近缘物种附近的中可能会提高其风险类别。

   方框1有四个研究案例，展示了环境风险的要点。

   框1 四项案例研究

   我们在下框中展示了不同转基因产品的风险评估，举了四个例子：抗除草剂大豆、抗除草剂向日葵或水稻、抗病毒南瓜和抗虫向日葵。所有这些评估都是针对北美洲做的，北美是南瓜和向日葵的原产地。大豆和水稻并不是土生的，但有一种类似杂草的，水稻的杂交亲和近缘物种。

   抗除草剂大豆：

   •保护对象：不明显。

   •危害可能性：很低——无性亲和或类似杂草的近缘物种。

   •危害值：极小——抗除草剂并不能给出人为农业以外的选择优势。

   •风险：可忽略。

   抗除草剂向日葵或水稻：

   •保护对象：野生向日葵或水稻的多样性。

   •危害可能性：高——基于已知的基因流数量。

   •危害值：极小——抗除草剂并不能给出人为农业外的选择优势。

   •风险：低。

   请注意，对于抗除草剂向日葵或水稻来说最糟糕的情况就是，农民不能再使用除草剂了；因此，这更像是一个除草剂市场保护（效力）问题，而不是环境问题。另外，选择抗除草剂杂草可能会增加除草剂的使用。但是，不只是转基因抗除草剂作物，所有农作物都会出现这种问题。在任何情况下，都要求技术提供者保证利用适当的管理工作来确保这一技术的长期发展。

   抗病毒（VR）南瓜：

   •保护对象：可能被野生南瓜战胜的植物。

   •危害可能性：低或中等，基于已知的基因流数量。

   •危害值：极小——抗病毒并不能给出人为农业外的选择优势。

   •风险：可忽略。

   改良南瓜品种是为了抵抗黄瓜花叶病毒（CMV）、小西葫芦黄花叶病毒(ZYMV)和西瓜花叶病(WMV)，1994年美国就解除了对转基因南瓜的南瓜上，由于历史上改良的、抗虫品种的基因流以前并没有增强杂草性或者降低野生近缘物种的多样性，因此没有证据证明基因流会产生这样的作用。也许更重要的是，CMV、ZYMV 和WMV对于限制野生葫芦的繁殖成功不重要，所以不期望抗性性状会增强杂草性或入侵性。另外，栽培的南瓜拥有一些特性，如果将这些特性转移到野生葫芦上就会降低生殖适应性，众所周知，杂种植株有较高的食草性和细菌性病害，有效抵消了来自转基因在适应性上的任何优势。因此，用转基因南瓜进行杂交不可能对生物多样性造成任何意义上的影响。

   抗虫（Bt）油葵：

   •保护对象：野生向日葵（也许还有一些濒危的传粉昆虫，如果这种昆虫还存在）。

   •危害可能性：高——栽培的和野生的向日葵很容易杂交，虫害可能对野生植物的生殖成功造成一定的影响。因此，抗虫性可以增强野生向日葵的竞争性或杂草性。

   •危害值：未知。

   •风险：未知。

   在本案例中，只有填补了一些知识空白后才能完成Bt向日葵的风险评估。一项研究表明，野生品种和栽培品种的杂交种就有较高的繁殖力，但这种现象的范围和持续时间还未经过调查。

   最后，如果种在野生种群附近，那么大多数转基因向日葵都属于第2类（低风险）。但是上面说到的Bt向日葵可能会被分在较高风险组—也许是第3类（中等风险）—除非有更多研究显示插入Bt基因不能给野生种群带来选择优势，或者能有有效的限制或控制机制来减轻风险。

   如果关于添加的遗传物质的信息很少，那么它可能会被列入中级或不确定风险类别，相应地，在有更多信息可用之前，经过这种修饰的植物会被列入较高的风险类别。一些高风险特性，如积聚重金属的能力或合成毒素、过敏原或者口服药物活性的能力，也会将风险类别提高一个或多个级别。

   科学管理体系的最后一个特性就是，一定是根据数据和经验来做决定，而且当加入新数据和新经验时也能适用。斯坦福模型其实也暗含了这种经验调整法。

   遗传变异是否会带来增量风险？正如前面提到的，可以对转入基因表达的蛋白质进行毒性和过敏性的测试，并进行成分分析以确保营养的等效性。农作物的一个特点在于，它们的化学成分会因品种而异，但遗传并不是作物变异的唯一来源。即使没有基因修饰，作物也会受到环境和农业实践的显著影响。因此，任何给定品种的成分也取决于它在哪生长以及如何生长。成分中的遗传多样性和品种多样性一起决定了不会引起过度安全顾虑的安全种植和消费范围。成分的重大偏差被视为非预期改变的迹象。

   可以想象并不是所有的非预期改变都会引起可检测的成分变化，有时会使用进行动物全食品喂养研究，以检测转基因食物与对照食物之间任何非预期的、难以检测的差异。但是，欧洲食品安全局（EFSA，意大利帕尔马）的一项研究和其他一些研究认为，这种动物喂养试验缺乏检测意义。欧盟的转基因风险评估和证据交流（GRACE）项目进一步印证了这些发现，这一项目认为，90天的动物喂养试验并没有给出成分分析结果之外的任何信息。

   正如上面讨论到的，转基因植物造成非预期不良变异的可能性肯定不会高于常规培育植物，且两种育种方式造成非预期不良变异的可能性都很低。正如1989年美国国家研究委员会（NRC）报告中所述，“利用传统的基因改良技术……很难预测被转化的具体数量或者特性，我们也无法总是准确预测可能产生的表型。而对于利用经分子技术修饰的植物，我们在其表型预测方面会处于一个即使不完美，但必然更有利的位置上”。

   因此，食用和饲用安全评估应重点关注物种的预期变化和已知有物物质的水平。就像不同的农作物会带来不同程度的环境风险，引入不同的基因也会产生不同程度的食用风险。这些都可以很容易地归为不同类型（表1）。

表1 引入不同基因带来的食用风险分类

对大多数基因家族来说，没有正当理由区别对待相关蛋白质，因为如果要保留自己的功能，蛋白质必须要保留自己的特性。如图4案例所示，在系统发生树上亲缘关系很远的一些EPSPS蛋白（其功能活性受草甘膦除草剂抑制）都表现出同样的三维结构。因此，如果来自大豆的植物内源性EPSPS蛋白无害，那么来自于CP4菌株，或其他任何细菌或植物品种的类似功能蛋白也是无害的。只要没有EPSPS引起不良反应，EPSPS所有版本的EPSPS变体蛋白应该都是实质等同的。

   图4：不同植物和微生物来源的EPSPS蛋白。利用SwissModel软件绘制蛋白的三维结构图，以大肠杆菌和转基因大豆中表达的CP4菌株EPSPS蛋白三维晶体结构为参照，根据油菜、玉米、水稻和大豆内源EPSPS蛋白序列，从大肠杆菌蛋白晶体结构推导出这些植物内源EPSPS蛋白结构。各个植物的EPSPS蛋白之间具有90%以上序列相似性，植物与细菌EPSPS蛋白之间的序列相似性约为50%。晶体结构中的α-螺旋以蓝色表示，β-折叠以金色表示，三维结构中还显示出草甘膦结合位点（从CP4菌株和大肠杆菌中EPSPS蛋白结构推导）。图由华盛顿大学的Joseph Jez提供，另外做了一些修改。

   酶对改变其三维结构的突变很敏感——也就是说，它们的功能或者与靶位点和/或其他生物分子之间可能的互作很容易被干扰。目前还没有已知的氨基酸替换、增加或删除能将无害蛋白转化成一种毒素或过敏原。因此将这些基因引入到食用或饲用作物中应视为风险极低。

   一旦知道了亲本生物的风险类别以及由插入引起的（任何）增量风险（如上所述），研究者就能够得出“最终的风险类别”，以此确定田间试验和/或商业化应该遵守什么管理要求。

   如果插入的增量风险较低或者可以忽略不计，就不会改变亲本生物的风险分类。如果插入增量风险为中等，它会将亲本生物原来的风险类别提升一个等级。如果插入具有高增量风险，就会使亲本生物风险分类上升两个等级。这一最终风险分类会指明免除（审查）、通知、个案审查、田间试验或商业化的范围，以及法规遵从需要采取哪些措施。

   植物内置式农药（PIP）分类。美国环保局（EPA）的PIP概念除了指出在风险评估时应将非目标物种考虑在内，其对风险相关性的要求太过刻意和武断。PIP分类缺乏实用性的最佳例证就是抗病毒植物，抗病毒植物就是从可能会感染它们的病毒中提取基因，或者可能会利用顺式基因元件进行杂交导入，没有数据或经验证明PIP管理分类是正确的，PIP用单一监管模式简单粗暴地管理这些抗虫、抗病毒的转化事件，就好像它们是往作物上喷洒的农药一样。我们认为这种分类应该被淘汰。

   结论

   基于过去20年中积累的知识，很明显全球的监管机制（包括美国环保署和农业部的监管机制）都是既无科学可靠性，又不合理：它们频繁地让风险最低的植物接受最高级别的审查。结果就造成有限资源的巨大浪费，在急需创新的时候阻碍了创新，公共安全或环境安全上也没有改善。

   正如上面讨论到的，没有证据表明通过DNA重组技术将DNA插入到基因组中会导致特有的风险或增量风险，也没有证据表明插入外源DNA会带来任何独特的风险。与常规育种相比，通过分子技术插入DNA不会增加产生非预期不良效应的机率。风险是由亲本植物的特性和插入DNA的产物共同作用的结果，因此没有理由对由同一基因插入的不同转化事件进行独立重复的审查，不管这一基因插入到什么作物中。

   容易被人忽视的是，过度监管对小型企业有重大影响，尤其是公共研究方面的努力，比如一些由政府授予土地建立的大学所做的努力，它们缺乏必要的资源来遵守繁冗和昂贵的法规要求。因此，这些大学处于巨大的竞争劣势，要么再也不能为学生提供最先进的育种项目，要么再也不能为赞助者提供重要的新品种。

   以抗虫或抗除草剂的DNA重组修饰玉米品种为例，与其相关的全球监管合规费用累计高达3500万美元。这还不包括那些花在从未被批准的产品上的资源，隔离、溯源和特殊标识等流程中由种植者、运货商和中间处理人员承担的相关费用，或者因遵守不必要监管而花费的机会成本。不幸的是，全球的趋势似乎正朝着更多法规监管的方向发展，因此不必要的监管成本的飞涨还会持续。

   研发新品种的跨国公司为上市价值高、市场潜力大的经济作物尚能承受监管带来的高成本，但条件是全球销售额多到足以平衡监管支出。如果再加上高开发费用，公共部门以及非盈利组织和小型创业公司的研究者根本没有足够的资源来完成复杂昂贵的且充满不确定性的法规批准流程。

   在这些情况下，很难平衡开发低市场价值的转基因品种所支出的费用，比如所谓的特色作物——水果、坚果和蔬菜——或者（尤其是）在欠发达国家种植的粮食作物，那里的农民主要以此维持生计。因此，尽管对转基因水果、蔬菜以及发展中国家的粮食作物如小米、高粱和木薯进行了大量的、有前景的室内试验和温室实验，最有可能通过田间试验得以获得法规批准和商业化的产品主要还是经济作物，包括玉米、棉花、大豆、油菜、苜蓿和甜菜。

   将经分子技术修饰的植物限定在需要高强度严格审查的“范畴”，这种不科学的、过度的监管会造成直接和间接的危害。各种创新——包括生物制药和生物强化，以及在作物上逐渐取得一些进展，尤其是农业上的进展——都受到了抑制。此外，尽管本文重点关注植物育种，但这里说到的基于风险的监管模型同样适用于动物（鱼、家畜和昆虫）。动物生物技术也需要强烈的监管体系改革。

   正如美国前总统比尔·克林顿所言：“美国人民有权利拥有一个能为他们服务、而不是处处为难他们的监管体系：这个监管体系可以保护和改善他们的健康、安全、环境和福祉，促进经济发展，而不会给社会增加难以接受的不合理的成本；监管政策要意识到私有部门和私人市场是拉动经济增长的最佳引擎；监管模式要尊重州政府、地方政府和部族政府的作用；规则要有效一致、合情合理、易于理解。我们目前还没有这样的监管体系……为了决定是否需要监管以及如何进行监管，监管当局应当评估可用的监管替代方案，包括不监管的所有费用和好处。”

   当前的管理机构也表达了类似的观点：“我们的基本愿望就是监管和监督可以确保达成法定目标，比如安全、健康和环境保护。应避免对创新的不合理抑制，贬低新技术或者创造贸易壁垒。”。

   但是在今天，这种对科学合理且公众信任的监管体系的热切期望还只是停留在创意撰稿人的讲稿中，可惜现实并非如此。现有的监管体系无法激起消费者的信心——对“非转基因改造”产品的需求的增长证明了这一点——同时，也让90%或更多的转基因作物与市场无缘。

   现有的流程化管理的另一个缺陷在于，它们永远滞后于新技术引入。比如CRISPR-Cas9和其他基因组编辑技术的开发，已经引起了关于怎样才能最好地管理它们的激烈讨论。这些无意义的讨论常常集中在用这些技术进行修饰的生物是否会归入错误的类别，比如转基因生物、限定物或PIP。

   相比之下，这里提出的以产品为主的监管方案能够评估与基因组编辑相关的任何新风险，或者评估未来出现的其他任何新技术所创造的产品。由于此处描述的程序基于与生物和特性无关的风险评估原则，所以它们几乎适用于任何生物的任何特性。

   是时候进行监管体系的改革了，通过将监管措施与风险等级相匹配，开始消除公众的误会，减轻研究团体面临的过多的负担。监管必须集中于实际风险上，这与遗传改良的最终产品有关，与中间所采用的方法和过程无关。另外，监管要灵活、恰当，确保新技术工具能帮助满足全球对可持续食品、饲料、纤维和燃料不断增长的需求。（本文编译自《自然生物技术》）

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