转基因植物可以消除食物中毒

本周，由于沙门氏菌爆发，受污染的黄瓜在全美范围内被召回，该事件已造成两人死亡，340多人患病。与此同时，科学家们宣布了一项对抗食源性疾病的新策略。他们的方法是通过基因工程改造植物来产生抗菌蛋白，然后提取这些蛋白并将其应用于受污染的肉类和农产品。

在周一发表于《美国国家科学院院刊》上的一项研究中，科学家们对烟草、甜菜、菠菜、菊苣和莴苣进行了基因改造，使其产生一种名为大肠杆菌素的蛋白质，这种蛋白质可以杀死致命的大肠杆菌菌株。该团队由两家德国生物技术公司 Nomad Bioscience 和 Icon Genetics 的科学家领导，他们发现烟草等植物可以产生高水平的活性大肠杆菌素。此外，他们还发现了两种大肠杆菌素的混合物，可以有效杀死所有主要致病的大肠杆菌菌株。

“过去 15 年左右记录的所有食品疫情都可以通过仅使用两种大肠杆菌素的组合以及极低的浓度得到很好控制，”Nomad Bioscience 首席执行官兼论文作者之一 Yuri Gleba 表示。

在美国，每年有近 30 万例大肠杆菌感染病例，主要由食用受污染的食物引起。食物中的大肠杆菌大多来自受污染的牛肉和猪肉，但越来越多的大肠杆菌感染与有机农产品有关，有机农产品通常用动物粪便代替化学肥料进行处理。根据世界卫生组织的数据，高达 10% 的大肠杆菌感染可能导致危及生命的疾病。

大肠杆菌素是大肠杆菌菌株自然产生的蛋白质，用于杀死或抑制竞争性大肠杆菌菌株的生长。这些蛋白质毒性极强——事实上，这种毒性如此之大，以至于改造微生物使其产生大肠杆菌素通常最终会杀死宿主。为了解决这个问题，该研究的作者决定改造植物，因为大肠杆菌素对植物细胞的毒性较小。他们成功地让各种植物表达大量十二种不同类型的大肠杆菌素——所有这些大肠杆菌素的成分都与大肠杆菌中天然存在的大肠杆菌素相同。

普渡大学研究蛋白质的结构生物学家威廉克莱默说：“他们通过植物来源获得的产量比我们通常在实验室中用大肠杆菌获得的产量要大得多。”

大肠杆菌素的药效极强，因此 Nomad 和 Icon 的科学家认为这种蛋白质可能是一种经济可行的食品处理方法。“大肠杆菌素对抗细菌的活性是普通抗生素的 50 倍，”格莱巴说。在他们的研究中，格莱巴和他的同事将两种大肠杆菌素的混合物喷洒在含有大肠杆菌的猪排上，每公斤肉中含有 4 毫克大肠杆菌素，仅一小时后就发现大肠杆菌数量显著减少。

他们的团队还聘请了第三方对他们的工艺进行了经济分析，发现他们的方法可以与肉类行业目前青睐的去污方法相媲美，即热处理和酸洗。“通常肉类行业愿意花两到五美分来处理一磅肉，”格莱巴说。“我们的成本低于这个数字。”此外，格莱巴认为他们的工艺更胜一筹，因为与热处理和酸处理不同，大肠杆菌素不会影响肉的质量和口感。

该团队的目标是通过一种被称为“公认安全”或 GRAS 的途径获得 FDA 对其工艺的批准。格莱巴表示，他对这一前景充满希望，因为大肠杆菌会在我们肠道中自然产生大肠杆菌素，而他们用来处理食物的少量大肠杆菌素将在我们的胃和消化道中完全降解。

然而，其他科学家并没有那么乐观。明尼苏达大学的食品安全微生物学家 Francisco Diez-Gonzalez 警告称，市场审批可能是一个漫长而艰难的过程。“要获得食品添加剂的批准，你必须提供大量的毒理学研究和有效性研究，”他说。“我认为很难证明这些大肠杆菌素应该符合 GRAS 的要求，因为它们通常不是人类饮食的一部分。”

尽管如此，Diez-Gonzalez 还是很欣赏科学家们方法的新颖性。“在植物中大量表达和生产这种蛋白质的壮举非常了不起，”他说。“仅从技术和科学的角度来看，我认为这项研究有很多优点。”

除了大肠杆菌，其他类型的细菌也能被大肠杆菌素杀死，Gleba 和他的团队计划将他们的研究方法扩展到这些细菌。“我们已经在研究大肠杆菌素如何控制沙门氏菌，”他告诉PopSci 。