BT蛋白的安全性经过科学和历史的双重检验
　　(2010-03-03 15:07:38)
　　
　　 2010年2月24日，北京大学免疫学博士王月丹在搜狐博客上发表了《到了向全国人民公开转基因大米真相的时刻了——呼吁两会关注转基因大米的问题》的署名文章。该文相继在中华网、新浪博客等网站上转发，引起了不少人的关注。博文作者倾向于用科学的方式来公开讨论问题，不搞人身攻击也不带偏激的情绪，作为一名长期从事微生物农药和芽胞杆菌分子生物学研究科研人员，本人对此十分欣赏。王月丹这篇博文谈到了两个产品的安全问题, 不仅怀疑Bt转基因大米的安全性, 而且怀疑Bt生物农药的安全性。从博文的撰写来看,我明显感觉到,作者对Bt以及Bt杀虫基因的了解非常有限。在有限的认知情况下,容易产生不正确或不全面的认识。这样的认识一旦公布出来，就有可能误导读者。因此，我将尽可能的用科学的语言解释博文中有误解的或不全面的描述。
　　
　　 第一，对于Bt生物杀虫剂来说，其对人体的安全性经受了历史的检验。
　　
　　
　　
　　 Bt生物杀虫剂的商业化应用已经有70多年的历史了（上世纪30年代最早在法国商业化），还没有发现Bt杀虫剂在生产和应用过程中出现不安全的事例。这是一个本研究领域同行们的共识性问题。
　　
　　可以说Bt杀虫剂是所有药物中最安全之一。试问一下，在目前众多的农药（无论是生物农药还是化学农药）和医药中，有多少比Bt杀虫剂更安全？能够找出来的，也就是寥寥无几。大家有兴趣的可以收集数据进行统计。就以青霉素为例，这是一个常用的抗生素药物，人们已经明明知道它是不安全的（能够引起过敏反应，严重的导致死亡），但仍然在大规模使用，而且是采取最危险的血液注射的方式使用。所以说，安全是相对的，是可以控制的。不能由于存在风险，就禁止使用。
　　
　　博文中说“我国有关的食品管理部门早就知道苏云金杆菌对人体是有毒害的”，不知作者是从哪里获得这个结论的，是哪个食品管理部门、在哪个文件或文献中指出了这个问题?博文大量引用了一篇发表在《食品科学》(2007年28卷第3期的357页)上的论文，这应该是一篇学术期刊，谈不上是官方文件。重要的是，博文对这篇论文的认识和理解是不全面的,甚至是误解, 用一些讨论的东西作为结论。本人曾与该篇论文的作者进行过讨论，其实论文作者的用意是告诉读者，在Bt中存在肠毒素基因，提示可能的风险以及需要注意的地方，并没有认定安全性的问题。而博文作者怀疑Bt杀虫剂的安全性的依据无外乎是认定Bt产生肠毒素。下面来谈一下肠毒素。
　　
　　 1. 部分蜡状芽孢杆菌产生呕吐毒素和肠毒素，并不意味着Bt都产生这两种毒素。
　　
　　（1）蜡状芽孢杆菌是一个非常丰富的物种，遗传多样性非常广泛。其中有一部分可以产生呕吐毒素和肠毒素，从而引起食物中毒，这一类菌株叫做条件致病菌，只有在一定的条件下会诱发动物和人类的疾病产生。但是更多的蜡状芽孢杆菌却是无毒的，甚至是有益的。最典型的就是动物益生菌，蜡状芽孢杆菌是益生菌中的主要物种。以往猪牛禽水生动物的饲养中过程中，往往要添加抗生素抵抗动物疾病，但同时也带来了抗生素的残留。为了解决这个问题，利用益生菌来替代抗生素添加到动物饲料中，效果显著。
　　
　　 （2）呕吐毒素相对来说理化性质比较稳定，但是肠毒素却很脆弱，在高温和蛋白酶的作用下很容易分解。
　　
　　 （3）部分Bt产生肠毒素，但未发现产生呕吐毒素的Bt。我们已经测定了用于生产Bt杀虫剂的菌株的基因组序列（我们已经测定多个菌株，但未公布），未发现编码呕吐毒素的基因。
　　
　　 2. Bt含有肠毒素编码基因并不意味着Bt不安全，更不能推断Bt杀虫剂不安全。
　　
　　 一来肠毒素不稳定易于降解，容易受到蛋白酶（Bt生长到芽孢成熟时，释放大量的蛋白酶，就连菌体都被降解了，再将芽孢释放出来）、酸碱、高温和紫外线等因素的破坏，在生长周期/产品加工/野外应用过程中易于破坏。
　　
　　 二来，在用于生产杀虫剂的菌株中，肠毒素的合成量是最小的（FEMS Immunology & Medical Microbiology, 12(3-4):245-249, 2006），这也是筛选的结果。
　　
　　 第三，就算有小量的肠毒素经口进入体内，“肠毒素在胃中会被破坏”。
　　
　　 第四，安全性试验证明Bt杀虫剂是安全的，更主要的是70多年的实际应用是最好的安全性试验，证明其是安全的。
　　
　　 3. 不能夸大Bt与有毒蜡状芽孢杆菌的等同性。
　　
　　（1）博文不应断章取义地引用“蜡样芽孢杆菌中70%是苏云金杆菌”，其实所引用的文献只是指所涉及的那些菌株的情况。实际上蜡状芽孢杆菌的种群非常大，遗传多样性非常丰富。在大量的分离菌株中,会出现鉴定不到位的情况,有些蜡状芽孢杆菌会被误认为是Bt，有些Bt会被误认为是蜡状芽孢杆菌。这些被误认的，是极少数的，即使是这极少数也是非典型。
　　
　　（2）基因组测序证明，一些被认为是有毒的Bt其实是蜡状芽孢杆菌。已经有9株蜡状芽孢杆菌和2株Bt完成了基因组测序，其中这两株所谓的Bt菌株具有一定的病理特征。但是基因组序列显示，这两个菌株根本没有Bt特异性的杀虫基因，不具备鉴定为Bt的基本条件。
　　
　　 （3）能够引起食物中毒的蜡状芽孢杆菌分布在一个非常小的集群内，遗传多样性也很小，是蜡状芽孢杆菌中一个特殊的小类群，不是主要类群（Microbiology, 2005, 151(1): 183-197）。
　　
　　（4）Bt本身也是一个多样性很大的物种，根据其鞭毛抗原的差异，已经鉴定出71个血清型80多个亚种。用于杀虫剂生产的只是其中3-4个亚种。就算将来有一天发现了一个特殊的能产生毒素的Bt，也不用奇怪。我们不用它就是了。就像我们人类，不能因为存在犯罪，就否定所有人类的价值。
　　
　　（5）博文作者通过不完整的或误解的信息推断“目前我国的很多农产品和畜牧产品都受到了这种农药菌的污染，有些人甚至说被污染的牛奶是特意添加了苏云金杆菌益生菌的”是不严谨的，或者说是错误的。这些说法没有足够的数据支持，不能从《食品科学》(2007年28卷第3期的357页)上的讨论和提示作为证据而进行演绎。
　　
　　
　　
　　 第二，对于Bt的杀虫晶体蛋白(基因)来说，其对环境和非昆虫生物的安全性也有严谨的科学依据。
　　
　　
　　
　　 要认识和接受这个观点，可以从更多了解这个基因开始。
　　
　　 1. Bt产生种类繁多的杀虫基因。Bt的杀虫基因总体上可分为两类: 蛋白类杀虫毒素编码基因和次级代谢物（类似抗生素）编码基因。蛋白类杀虫毒素又可以分为两类（主要为伴胞晶体蛋白，还有少量营养期蛋白），用于转基因作物的主要是晶体蛋白基因。目前已经发现了60群晶体蛋白基因（彼此间氨基酸序列的相似性小于45%），共有近500个。目前用于转基因的只是其中的极少数种类,如Cry1, Cry2 和Cry3等类群中的个别基因。
　　
　　 2. Bt杀虫晶体蛋白具有显著的杀虫专一性。杀虫范围一般不会超过“目”的范围，杀鳞翅目幼虫（主要是蛾和蝶）的晶体蛋白对其他“目”的昆虫没有杀虫活性。即使在同一个“目”中，对不同“科”，不同“属”，甚至同一“属”中的不同“种”的昆虫都会有不同（或有无）杀虫活性。更不用说，超出“昆虫纲”这个范围了，扩大到人类身上目前是不可能的。对于一个具体的杀虫基因或Bt菌株来说，其杀虫范围是非常窄的，以至于不能同时将同一块农田的昆虫都控制住。这个“窄谱”，既是Bt杀虫剂安全的理由，同时也是限制其广泛应用的缺点。
　　
　　 3. Bt杀虫晶体蛋白“杀虫谱窄”有其内在的分子机制。晶体蛋白经昆虫口服进入肠道后，要与中场上皮细胞上的受体结合，然后再在细胞上打孔，最后导致一系列的病理过程以至昆虫死亡。关键一点是，晶体蛋白与受体的结合是非常专一性的，这种受体只在昆虫中出现，这种专一性就像抗原抗体反应一样非常专一。这些杀虫晶体蛋白与高等动物的细胞发生受体结合反应还从没有发现过(几乎是不可能发生的)。
　　
　　 4. Bt杀虫晶体蛋白是非常脆弱的，非常容易分解。(1) Bt的杀虫蛋白一般只对昆虫的幼虫有杀虫活性，对高龄幼虫特别是对成虫是没有杀虫活性的。这主要是由于，高龄及以后的昆虫会产生复杂的肠道蛋白酶，可以分解晶体蛋白。如果高等动物包括人类摄食了晶体蛋白后，到达胃部以后，很快就会被当作营养物质被分解掉了。（2）杀虫晶体蛋白很容易受到环境因素的影响而被分解，残留非常低。在Bt杀虫剂应用过程中，晶体蛋白非常容易受到紫外线的破坏，容易受到叶面微生物的降解，高温也容易使之失活。尽管我没有做过试验，但我怀疑晶体蛋白与大米一起经过蒸煮以后是否还会有活性（有兴趣的可以去做一做这样的试验）。因此，晶体蛋白的残留非常低，同样，这既是Bt杀虫剂安全的理由，同时也是限制其广泛应用的缺点。
　　
　　 我认为，关注生物材料和制品的安全性是必要的，但重要的是作出的结论要立足于数据和实验结果，这样才有说服力。
　　
　　
　　
　　 【本文作者简介：孙明，华中农业大学教授、博士生导师，农业微生物学国家重点实验室副主任，湖北省和武汉市微生物学会农业微生物专业委员会主任，国际无脊椎动物病理学会学术委员，从事微生物农药和芽胞杆菌分子生物学研究20余年，有很深的学术造诣】