유전자재조합식품의 논란사례 - 알레르기성 및 독성 - 손 동 화 한국식품연구원 GM 식품의안전성과표시 - 심 포지엄 2008.4.24, 보건사회연구원.

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1 유전자재조합식품의 논란사례 - 알레르기성 및 독성 - 손 동 화 한국식품연구원 GM 식품의안전성과표시 - 심 포지엄 2008.4.24, 보건사회연구원

2 차 례 앞머리에 독성 논란사례 (2) 알레르기성 논란사례 (3) 맺는말

3 GMO 는 몸에 해롭다 ? 신규성 알레르기 유발성 항생제내성 독성 영양성 변화 장기소비시의 영향

4 Protein Safety Considerations for GMO History of Safe Use of the Protein Allergy Assessment Acute Oral Toxicity Exposure Mechanism of Action (Enzymology, other) Bioinformatics Digestibility Stability to Heat/Processing Other Safety Evaluations on Case-by-Case Basis

5 식품 알레르겐의 기본 모든 알레르겐 = 단백질 식품  수만의 단백질 함유  이중 일부만 알레르겐 대부분 알레르겐들은 소화와 가공에 안정 주요 알레르겐은 흔한 단백질 많은 식품알레르겐  특성규명됨

6 Bioinformatics Databases Allergens - Database of known allergens 2008.4.24 (1313 AA sequences, 229 proteins -- FARRP) - relevant matches > 7 contiguous identical AA - or significant overall similarity (“E - score”) - to identify potentially cross-reactive proteins Toxins - Database of known protein toxins - currently contains 2700 AA Sequences - overall matches & specific structures - to identify potentially toxic proteins Total- Total sequences: 3.1 x 10 5 known genes Evaluate results, determine if specific tests are needed.

7 pH 1.2 Pepsin Digestive Fate Tool  Employs USP simulated gastro-intestinal digestion models  Broadly applicable  food safety  nutritional sciences  Extensive validation  relevance to food allergy  Quick results on test  less than two weeks

8 차 례 앞머리에 독성 논란사례 (2) 알레르기성 논란사례 맺는말 - 렉틴 (lectin) 을 발현시킨 GM 감자 - GM 콩은 신생아에게 위험하다 ?

9 동물실험 (by Dr Pusztai, 1998) 렉틴 - 감자를 흰쥐 5 마리, 110 일간 먹임 ( 사람 10 년해당 )  콩렉틴 - 감자 먹인 쥐 : 발육부진, 면역기능억제 (?)  아네모네렉틴 - 감자 먹인 쥐 : 이상없음 렉틴 (lectin) 을 발현시킨 GM 감자 Jackbean 아네모네 Lectin gene 곤충저항 용 선충저항 용

10 Toxicity of Beans http://en.wikipedia.org/wiki/Bean#Toxins Before they are eaten, the raw bean seeds should be boiled for at least ten minutes to degrade a toxic compound - the lectin phytohaemagglutinin - found in the bean which would otherwise cause severe gastric upset.toxiclectin phytohaemagglutinin This compound is present in many varieties (and in some other species of bean), but is especially concentrated in red kidney beans and white kidney beans (Cannellini beans). Although in the case of dry beans the ten minutes required to degrade the toxin is much shorter than the hours required to fully cook the beans themselves, outbreaks of poisoning have been associated with the use of slow cookers whose low cooking temperatures may be unable to degrade the toxin.slow cookers Sprouts of pulses high in haemaglutins should not be eaten. Kidney beans, especially, should not be sprouted Sproutspulses

11 렉틴 (Lectin) 을 발현시킨 GM 감자 (1998.8) Dr Arpad Pusztai ( 영국 Rowett Inst. 소속 ) - 렉틴 -GM 감자 먹은 쥐 : 발육, 면역력, 위장기능 장해  TV 보도 (1998.8) 청문위원회 (Audit committee) 발족 및 보고서 검증 (1998.10) 청문회 발표 : 「 푸스타이 박사는 재조합 감자의 장기 투여 시험 (110 일 ) 을 한 결과, 흰쥐에게 발육 불량과 면역계의 억제가 보였다고 했으나, 이 결론은 부정확한 논거에 근거하였다 」 (1998.10) Rowett Inst.: Dr Pusztai 의 오류 발표 (1999.6) 영국 왕립협회 : 잘못된 결론임을 밝힘 - Dr Pusztai 반박 : 내부보고서에 대한 협회 검정함은 부적절하다 (1999.10) Dr Pusztai: 또 다른 연구결과를 학술지 Lancet 에 발표 - Lancet 편집자 지적 : 「실험설계 및 분석에 문제점 많음」 과학자, 미디어, 일반대중 사이에 GMO 논의를 활발하게 하자는 취지.

12 렉틴 (Lectin) 을 발현시킨 GM 감자 푸스타이박사 보고서의 문제점 (1998, 청문회의 지적 ) 비교실험에 이용된 non-GM 감자는 모품종이 상당히 다른 것을 사용하였음. 렉틴 유전자를 삽입한 GM 감자를 먹인 흰쥐와 렉틴 그 자체를 non-GM 감자에 섞어 먹인 흰쥐 집단의 성장 간에는 유의차가 없었음. 면역계에 대한 충분한 검사없이, 생물학적인 유의차를 말할 수 없음. 푸스타이박사 논문의 문제점 (1999, Lancet 편집자의 지적 ) 본 연구에서는 GM 감자, non-GM 감자, 및 non-GM 감자에 삽입 유전자가 만든 렉틴을 첨가한 것 (3) 을, 각각 날 감자와 데친 감자 (2) 로 만들어 (2x3=6 종 ), 흰쥐에게 먹였을 때 장에 미치는 영향을 비교하고 있음. 여기에서 GM 감자의 사료에 의해 흰쥐의 일부 장기나 면역계에 대한 영향이 지적되고 있지만, 그것이 단백질 부족 사료에 의한 스트레스, 감자의 품종, 사료의 저소화성 등에 의한다고 생각할 수도 있음.

13 GM 콩 (RRS) 은 신생아에게 위험하다 ? by Dr Irina Ermakova (2005, at a Symposium) The Russian National Association for Genetic Security  ( 상 ) 통상의 콩을 먹고 자란 흰쥐의 후대. 상하같은 연령.  ( 하 ) GM 콩 ( 제초제저항성 ) 을 먹고 자란 흰쥐의 후대. - 후대 생쥐의 체중이 심각하게 차이남. - GM 콩을 먹고 자란 흰쥐의 새끼 - 사망률 매우 높음 (x6) [ 문제점지적 ] -- by ACNFP (the Advisory Comm. on Novel Food & Process) - 구체적인 사료의 정보없음. 비타민과 미네릴 공급은 양호하였나 ? - GM 이외에 곰팡이독소의 영향이 아닐까 ?

14 비교 : GM 콩 21% 함유 사료를 흰쥐 4 대에 걸쳐서 섭취  새끼생산수, 새끼생존율, 체중, 고환형태 : 모두 이상없음 GM 콩 (RRS) 은 신생아에게 위험하다 ?

15 차 례 앞머리에 독성 논란사례 알레르기성 논란사례 (3) 맺는말 - GM 콩에 발현된 브라질낫의 알레르겐 - 스타링크 옥수수의 알레르기성 - 완두콩에 발현시킨 콩 αAI 의 면역원성

16 GM 콩에 발현된 브라질낫의 알레르겐 U. Nebraska, Lincoln (1996)

17 2S Albumin gene + Met 18%, Cys 8% GM 콩에 발현된 브라질낫의 알레르겐 Allergenicity A freshly cut Brazil nut fruit Brazil nut seeds

18 Radioallergosorbent test (RAST) Inhibition assay ‣ ‣ (analogue) IgE Binding Antigen (analogue)

19 콩, GM 콩, 브라질낫 추출물의 반응성 환자 IgE 항체와의 반응성 : 브라질넛 ≧ GM 콩 >>> 콩  0 Iinhibition of IgE Binding Antigen

20 SDS-PAGE & Immunoblotting M. 콩. GM 콩. 브 - 낫. 2S 콩. GM 콩. 브 - 낫. 2S 12kD.9kD 42kD GM 콩. 브 - 낫 브 - 낫 항체 : 환자 IgE  브 - 낫 (2S)9kD  42kD ● 2S Albumin ≃ major allergen(8/9), GM 콩 9kD 환자 IgE

21 Skin-Prick Test 환자 (3): 브 - 낫 추출물, GM 콩 추출물  양성 반응 콩 추출물  음성 반응

22 Skin-Prick Test GM 식품 알레르기성 평가 : 현 동물모델 실험은 불충분 (X) 기존 알레르겐 도입한 경우 : 환자 IgE 항체와의 반응 - 활용 (O)  결국 폐기함.

23 Bt 의 해충저항성 : 원리 스타링크 옥수수의 알레르기성

24 스타링크 = 미국 Aventis 사가 개발한 병충해저항성 옥수 수  살충성 단백질 Bt toxin 의 일종인 Cry9C 유전자를 도입 미국 EPA: 소화효소로 쉬 분해되지 않아  알레르기 유발 가능성을 지적함  (1998) 동물사료로만 승인 (2000) 미국내 멕시코식당의 음식에서 스타링크검출  미국정부, 식품으로의 승인작업 중단  Aventis 사, 오염가능종자회수 및 사용중단  한국정부, 식용사용 금지 스타링크 옥수수의 알레르기성

25 완두콩에 발현시킨 콩 αAI 의 면역원성 변화 Australian Nat’l Univ., Canberra (2005)

26 완두콩에 발현시킨 콩 αAI 의 면역원성 변화 Pinto bean Tendergreen bean Common beans Bruchid beetle Modified form of the protein (αAI)  altered immunogenicity Pea 30 Pea 30% 감수 99.5% 방어 α-Amylase Inhibitor-1 (αAI) gene

27 α-chain (11,646) β-chain (17,319) ● αAI  1----------------------76. 77 / 78---------------------------216. 217-223 GlcNAc2Man6~8 GlcNAc2Man3Xyl Western & Maldi-tof-mass αAI

28 Pinto bean(Con.), 경구 (i.g.) 투여 2 주  기관지 (i.t.) 투여  특별한 면역반응 없음 Pinto bean(Con.), 경구 (i.g.) 투여 2 주  αAI, 기관지 (i.t.) 투여  특별한 면역반응 없음 생쥐 (BALB/c) 실 험 - IgG 생산 - 폐 Th2 반응 - AHR( 기도민감증 ) - DTH( 지연형반응 )

29 PeaαAI 에 대한 IgG 항체생산, 지연형반응 유발 확인 GM Pea, 경구 (i.g.) 투여 2 주  PeaαAI, 뒷발바닥 피하 (s.c.) 투여  면역반응 유발

30 T H 2 염증 반응유발 Non-GM GM Pea, 경구 (i.g.) 투여, 2 주  αAI, 기관지 (i.t.) 투여  [ 분석 ] 기관지 / 폐조직내 호산구, 점액분비세포수 & AHR( 기도민감증 ) : 모두 증가 GM Pea

31 T H 1/T H 2 Balance & Allergy Environment surrounded by microbial components is effective only during early childhood. IL-2 IFN-γ TNF-α TNF-β CM-CSF IL-3 IL-12 IL-4 IL-5 IL-6 IL-10 IL-13 TNF-α CM-CSF IL-13 Cytokine = 세포성면역 = 체액성면역

32 GM Pea 에 경구노출되면 T H 2 형 전신성 면역반응 쪽으로 평형이 기운다  알레르기 기관지주변 임파절세포 (PBLN, CD4 + T) 를 Pea αAI 와 배양  Cytokine 분석  [ 결과 ]: (T H 2) IL-4 ⇑, IL-5 ⇑ / (T H 1) IFN -γ ⇔

33 정제한 PeaαAI 와 함께 이종식품항원을 경구 투여하면 이에 대한 ( 교차 ) 감작이 유도된다 정제한 PeaαAI, + OVA, 경구 (i.g.) 투여, 2 주  OVA, 기관지 (i.t.) 투여  [ 분석 ] OVA 특이항체생산, 폐조직내 호산구, 점액분비세포수, & AHR( 기도민감증 ) : 모두 증가 ↔ 콩 αAI 는 무효함

34 GM Pea 를 경구 투여하면 Pea 성분에 대한 IgG 특이항체가 생성된다 GM Pea 의 경구 (i.g.) 투여 주 2 회씩 4 주간

35 정리 및 시사점 콩의 αAI 가 발현될 때, Processing 중 부착되는 당쇄 및 다른 부분의 변형이 알레르기성의 변화를 유발하였음 - 곡류 αAI 의 당쇄는 IgE 결합능을 증가시킴 - PeaαAI 의 기능적 구조적 특성이 면역관용이 아닌 염증반응으로 방향을 돌림 - PeaαAI 와 콩 αAI 의 효소적 특성은 차이 없음 - αAI 는 열안정 단백질이어서 20 분간 끓여도 효소활성은 줄어드나 동물 실험에서 T H 2 염증유발성은 불변 - 이는 ‘ 렌즈콩 ’ 이나 ‘ 땅콩 ’ 의 경우에도 마찬가지 - 식물체에서 비천연단백질을 발현시키면, 구조변형이 생겨서 그 단백질의 면역원성이 변화될 수 있음을 시사하였음 CSIRO (Australia) 의 최종결정  “GM Pea 의 폐기처분 ”

36 차 례 앞머리에 독성 논란사례 알레르기성 논란사례 맺는말

37 GM 식품의 논란 (= 안전성 ) 은 과학적인 근거에 의하여 평가되어야 한다. GM 식품 안전성의 중심에는 단백질이 있다. GM 식품 중 단백질의 독성보다는 알레르기성의 평가가 까다롭다. 왜냐하면 독성은 종이나 개체 간에 차이가 비교적 적지만, 알레르기성은 그 차이가 클 뿐만아니라 알레르기 현상이 매우 복잡하기 때문이다. 대분분의 경우 GMO 의 안전성에 문제가 없었다 = “non-GM 과의 차이없음 ” 드물게 몇몇 GMO 의 경우에는 문제의 가능성이 지적되었다. 하지만, 이들은 사전에 검토됨으로써 상업화에서 배제되었다. 전체적으로, 오늘날 국가적으로 GM 식품의 안전성이 엄격하게 관리되고 있는 데 반하여, 일부 국민들은 지나치게 민감한 반응을 보이고 있다.

38 경청해주셔서감사합니다