魏 麟孫娟娟,2
(1. 中國人民大學,北京 100872;2. 河北農(nóng)業(yè)大學,河北 保定 071001)
隨著生物、化學領域科學研究的推進和食品工藝的不斷發(fā)展,可作為食品添加劑的物質(zhì)越來越多,對于新品種食品添加劑的審批和管理成為了一個重要的議題。與此同時,食品添加劑在中國廣大民眾心目中一直是一個敏感的話題,乃至“談食品添加劑色變”,對于一些新出現(xiàn)的品種,除了在審批和管理程序上應科學嚴謹把控之外,對從科學研究到應用推廣整個過程中的風險進行規(guī)制更加必不可少。在新品種食品添加劑能夠滿足安全性條件和工藝性條件的前提下,如何進行有效的風險交流,如何讓民眾參與決策同樣十分重要。
作為細菌的天敵,噬菌體在食品工業(yè)領域的應用受到越來越廣泛的關注,將噬菌體作為食品抗菌劑用于消滅各種食源性病原菌有著良好的應用前景。但由于噬菌體的病毒屬性,其并沒有被廣大民眾完全接受。近年來,在挖掘噬菌體抗菌抑菌價值的同時,國內(nèi)外的諸多研究專注于噬菌體的安全性進行動物試驗與人體臨床試驗,域外也有不少噬菌體制劑已經(jīng)成為通過FDA批準的GRAS產(chǎn)品。雖然噬菌體在歐美多國已被批準作為食品添加劑14年之久,但在中國還并未批準成為一種食品添加劑。文章擬從國內(nèi)外現(xiàn)有的對噬菌體優(yōu)勢與風險研究成果入手,對噬菌體風險評估與風險規(guī)制進行論述,以期為今后噬菌體作為食品抗菌劑的深入研究與應用推廣提供借鑒和參考。
噬菌體是一種特異性寄生于細菌中的病毒,最早被英國細菌學家Frederick W. Twort和加拿大法裔微生物學專家Félixd’ Herelle于1915年和1917年分別獨立發(fā)現(xiàn)。隨著抗生素的發(fā)展,對于噬菌體的研究逐漸放緩,然而近些年食源性疾病的肆虐與超級細菌越來越頻繁的亮相使得科學家重拾了對古老的抗菌武器噬菌體的研究。
食源性疾病是人體攝入被污染的食品而引起感染或產(chǎn)生中毒性癥狀的疾病,細菌是導致食源性疾病的主要原因。常見的食源性致病菌有沙門氏菌(Salmonella)、空腸彎曲菌(Campylobacterjejuni)、單增李斯特菌(Listeriamoncytogenes)、大腸桿菌O157:H7(EscherichiacoliO157:H7)、志賀氏菌(Shigella)和金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)等[1]。在發(fā)達國家每年感染食源性疾病的人群約占總?cè)藬?shù)的1/3,全球每年因患食源性疾病而喪生的有近1 000萬人。一般的蒸煮煎炸等烹飪方式能夠?qū)⑹吃葱灾虏【麥纾抢缦隳c、午餐肉等預包裝即食食品,街邊熟食店售賣的畜禽肉加工制品,以及近年來十分流行的超市鮮切果蔬拼盤等,無需經(jīng)過二次烹飪即被食用,這類食品在制作加工、包裝甚至運輸?shù)倪^程中都存在很大的污染幾率,無形中增加了人們罹患食源性疾病的風險[2]。據(jù)統(tǒng)計[2],每年因此種微生物污染給整個食品工業(yè)帶來的損失近百億美元。目前主要依靠各類化學性食品保鮮劑、防腐劑等來盡量保證即食食品不受微生物污染,然而數(shù)量龐雜、種類繁多的化學性食品添加劑在增加食品安全檢測的難度、使廣大消費者頗有微詞的同時,卻并未完全解決微生物污染、細菌的滋生和營養(yǎng)成分缺失等問題。且據(jù)相關研究[3],許多食源性致病菌已產(chǎn)生較嚴重的耐藥性。因此,開發(fā)針對高危食源性致病菌的有效、天然的抗生素、人造防腐劑替代物需求迫切[4]。
在這樣的趨勢下,伴隨著致病菌耐藥性和超級細菌的出現(xiàn)以及追求安全、營養(yǎng)、健康的消費觀念的轉(zhuǎn)變,作為細菌的天敵,噬菌體因具有特異性強、自我增殖快、抗菌能力強、研發(fā)時間短等優(yōu)勢,為食源性致病菌的生物防治開辟了新的途徑。加之化學防腐劑具有一定的安全隱患,高效、低毒、天然的天然食品防腐劑就成了食品科學研究中的熱點之一。噬菌體及其裂解酶天然具有針對性抑菌滅菌的特點,能夠在不破壞食品原有營養(yǎng)物質(zhì)和有益菌的前提下,有效殺滅致病菌,且無毒物殘留,是新型食品抗菌劑發(fā)展的未來方向之一[5]。
2.1.1 廣泛存在性 噬菌體存在于環(huán)境中的每一個角落,是地球上總量最豐富的物種之一。在自然環(huán)境中,噬菌體幾乎無處不在,研究[6]表明其在水體中密度高達108PFU/mL,在土壤中密度約為1.5×108PFU/g。在果蔬肉類中,噬菌體普遍存在,Allwood等[7]對采集于農(nóng)貿(mào)市場的果蔬樣品進行檢測,發(fā)現(xiàn)在洋蔥、卷心菜、蘿卜、草莓等多種樣品中存在大腸桿菌噬菌體;Endersen等[8]對雞肉、牛肉、豬肉、魚肉、脫脂牛奶等肉禽類食品樣本進行檢測,發(fā)現(xiàn)超過50%的樣品中都有噬菌體的存在。在健康人體中,噬菌體的蹤跡也不難尋覓,人體口腔、腸道、尿液和血液中均存在大量的內(nèi)源性噬菌體,其中人體腸道中噬菌體數(shù)量多達1015個,這些內(nèi)源噬菌體在抵抗病原菌、自動調(diào)節(jié)人體微生態(tài)方面發(fā)揮著重要作用[9]。此外,據(jù)Lim等[10]的研究,0~2歲嬰幼兒的糞便中同樣存在噬菌體,且該噬菌體序列并不來源于嬰兒母乳或配方奶,表明攝食不是人體內(nèi)噬菌體的起始來源。
人體長期暴露于大量噬菌體存在的環(huán)境中,但還未見任何有關噬菌體感染人體的報道[11]。雖然內(nèi)源性噬菌體仍未被證明為類似益生菌的嚴格益生微生物,但隨著此類研究的不斷拓展和深入,對于噬菌體的應用安全性將有更確切的答案,同時也有助于消除公眾因其是一種“病毒”而產(chǎn)生的本能的恐懼和抵觸。
2.1.2 臨床試驗安全性 近年來,已有大量噬菌體制劑作用于相關動物試驗,受試對象包括小鼠、家兔、雞、豬、牛、羊等。試驗結果均表明,噬菌體制劑的安全性較高。例如,Hwang等[12]以小鼠為受試對象,將噬菌體制劑提高至常用劑量的3 500倍,經(jīng)肌肉、腹腔和靜脈注射后,未出現(xiàn)不良反應和毒理作用;Kishor等[13]以家兔作為試驗對象,口服噬菌體制劑治療由葡萄球菌引起的慢性骨髓炎,試驗組未發(fā)現(xiàn)明顯副作用;Duenas等[14]則以牛和羊為受試對象,接受大腸桿菌噬菌體治療,試驗組牛、羊體內(nèi)大腸桿菌O157:H7平均數(shù)目減少,且未見不良反應。
在相關人體臨床試驗中,噬菌體臨床治療在東歐地區(qū)歷史悠久,歐美等國近些年開展的人體臨床試驗也證明噬菌體具有較好的安全性。例如,Bruttin等[15]給15名健康成年志愿者口服噬菌體T4,受試者體內(nèi)血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平均正常,腸道內(nèi)正常菌群未受影響;McCallin等[16]使用一種俄羅斯噬菌體口服制劑進行人體試驗,數(shù)名健康成人志愿者隨機口服高劑量、低劑量噬菌體制劑和安慰劑,之后每周進行一次全面身體檢查,未見任何異常;Sarker等[17]以孟加拉國的兒童志愿者為受試對象,將105~107PFU/mL的噬菌體制劑、安慰劑隨機口服給平均年齡4歲的數(shù)名兒童,經(jīng)檢測,兒童口服噬菌體后并未發(fā)生噬菌體復制,臨床觀察和血液學觀察指標均正常,口服噬菌體對兒童糞便微生物組分也未產(chǎn)生影響。
然而不可忽視的是,上述多數(shù)研究仍以療效評價作為主要評價項目,在涉及安全性確證的方面缺乏一定的規(guī)范性與系統(tǒng)性[18]。
目前,噬菌體在中國還未被批準作為食品添加劑使用,但是在國內(nèi)外的相關研究中已經(jīng)取得了較理想的抗菌效果。使用噬菌體能夠?qū)ωi肉、香腸、番茄、生菜、奶酪、熟牛肉、雞肉、水產(chǎn)品等食品中致病菌的生長起到顯著抑制的作用,甚至可以有效降解食品工業(yè)中的殺手生物被膜[19]。
在肉類制品中的應用,如Nicolas等[20]使用雞肉香腸和意大利薩拉米腸測試了5種裂解性噬菌體雞尾酒對腸炎沙門氏菌的裂解效果,試驗將肉制品樣品預先以腸炎沙門氏菌污染,后以噬菌體處理,在18 ℃和4 ℃條件下培養(yǎng)10 d后,腸炎沙門氏菌菌落數(shù)量明顯降低,且噬菌體效價可保持穩(wěn)定;在乳制品中的應用,如Endersen等[21]研究了6種分枝桿菌噬菌體與噬菌體雞尾酒對脫脂牛乳中恥垢分枝桿菌的抑制作用,研究發(fā)現(xiàn)單一噬菌體在37 ℃ 條件下可在4 d內(nèi)使脫脂牛乳中細菌細胞數(shù)降低6~7個對數(shù)單位,6種噬菌體混合后的噬菌體雞尾酒則能夠在相同條件下完全清楚恥垢分枝桿菌;在海鮮制品中的應用,如Guenther等[22]利用即食鮭魚測試了一種抗單增李斯特菌噬菌體雞尾酒的抑菌效果,研究表明噬菌體雞尾酒使單增李斯特菌計數(shù)降低至少5個數(shù)量級;在新鮮果蔬中的應用,如李錦銓等[23]利用噬菌體LPSE1和LPST10測試其對生菜中腸炎沙門氏菌ATCC13076和鼠傷寒沙門氏菌ATCC14028的抑菌作用,研究發(fā)現(xiàn)噬菌體LPSE1、LPST10作用4 h左右后細菌數(shù)量逐漸減少,當感染復數(shù)為100時裂菌效果最佳,且隨著作用時間增加,菌量可持續(xù)減少。
域外已經(jīng)有不少批準噬菌體作為食品抗菌劑的先例。美國食品藥品管理局(Food and Drug Adminis-tration,F(xiàn)DA)于2006年通過了用于食品中的噬菌體產(chǎn)品申請,即主要用于控制、殺滅即食食品中單增李斯特菌的數(shù)量的噬菌體制劑List ShieldTM,這也是FDA將噬菌體視為公認安全添加劑(Generally Regarded As Safe,GRAS)的開端[11],緊接著List ShieldTM又獲得了澳洲和新西蘭的特批。此后,許多用于食品中的噬菌體制劑也相繼通過審批,如由荷蘭EBI Food Safety公司開發(fā)的針對單增李斯特菌屬的Phage Guard Listex,和針對沙門氏菌屬的Phage Guard S,其可用于熟肉、家禽、魚肉及各種乳制品中,該Phage Guard系列產(chǎn)品已被批準為即食食品加工助劑使用,且不需要特殊的標簽說明。2011年,針對大腸桿菌O157:H7的噬菌體制劑Eco ShieldTM獲批用于紅碎肉中,其有效率穩(wěn)定在95%以上。2013年,針對沙門氏菌的噬菌體制劑Salmo FreshTM獲批用于禽類肉制品及其他食品中[19]。表1列舉了部分通過FDA批準的GRAS產(chǎn)品信息。
以美國對于噬菌體食品抗菌劑的規(guī)制為例,美國的食品添加劑使用規(guī)定于《美國聯(lián)邦法規(guī)》(Code of Federal Regulations,CFR)中21章172~178條的部分。分為直接食品添加劑、次級直接食品添加劑和間接食品添加劑的使用規(guī)定。噬菌體歸屬于直接食品添加劑的H部分。其中,§172.785是關于李斯特菌特異性噬菌體制劑的規(guī)定,對可用于添加劑的李斯特菌噬菌體的安全性有一些限定性規(guī)定,例如,“該添加劑由六種不同的經(jīng)過單獨純化的抗李斯特菌噬菌體混合而成”“該添加劑是由一個或多個李斯特菌細胞培養(yǎng)物在安全合適的營養(yǎng)培養(yǎng)基中生產(chǎn)的”“在制劑中存在的噬菌體不能包含40 CFR 725.421(D)中描述的任何毒素編碼序列部分”等。對于噬菌體的效價規(guī)定為“添加劑中每個單噬菌體的平均噬菌體效價應為1×109PFU/mL”。從2018年起,美國已經(jīng)開始有對噬菌體殘留限量的豁免規(guī)定。2019年4月23日,美國環(huán)境保護署對40 CFR 180.1365部分進行了修訂,規(guī)定:當對噬菌體進行測序,在得到不含有毒素和溶原性基因的序列的情況下,豁免在所有食品中或所有食品上的免抗鏈霉菌活性溶解性噬菌體的殘留,使用時按照標簽上的說明和良好農(nóng)業(yè)規(guī)范。這一舉措表明了美國當局對噬菌體作為食品添加劑使用安全性的進一步認可。
隨著科學技術的發(fā)展,隨之而來的是各種各樣的風險,風險的產(chǎn)生,伴隨的恰恰是“確定性喪失”的過程。為了應對這些風險,避免技術對人類的健康和生態(tài)造成負面的影響,政府以往采取的“面向確定性的決策”已經(jīng)不能滿足風險社會對于行政決策的要求[29],面對科學的不確定性、風險的主客觀相結合性、利益多元化及沖突性等因素,風險規(guī)制的相關原則和理論自然被引入行政決策的過程中,力求在技術理性和社會價值兩個維度中尋找平衡的規(guī)制路徑。
表1 部分通過FDA批準的GRAS噬菌體抗菌劑產(chǎn)品信息
雖然嚴格的裂解性噬菌體被認為可能是最無害的天然抑菌物質(zhì)之一,但是作為一種可能的新品種抗菌劑,必須正視噬菌體被大量使用后可能存在的風險[30]。第一,噬菌體本身可能攜帶編碼毒素的基因,其編碼的某些調(diào)控因子可能有助于宿主表達毒力因子。第二,當噬菌體被反復使用后,細菌也會對噬菌體產(chǎn)生抗性。第三,噬菌體的抗菌譜較窄,對宿主菌的識別有很高的特異性。第四,噬菌體含有許多大分子蛋白,當對同一受體個體反復使用時,可能引發(fā)過敏反應。第五,溶原性噬菌體可將自身基因整合到宿主細菌的基因中。第六,噬菌體作為一種病毒,其安全性還未得到普通民眾的廣泛認可。因此,當噬菌體可能在食品安全領域充分發(fā)揮其抗菌抑菌作用的同時,結合國情對其進行有效、科學、民主的風險規(guī)制是十分必要的。
4.2.1 科學原則 風險規(guī)制中首要的原則是科學原則,科學原則主要是指將對風險的認知、管理、防控建立在科學知識和專業(yè)方法的基礎上,通過科學理性實現(xiàn)風險規(guī)制,科學原則所針對的主要是科學上可確定的事項。
對于噬菌體作為食品抗菌劑的風險規(guī)制,科學原則同樣作為首要的評判原則適用。單純科學原則的視角下,在評判內(nèi)容方面,側(cè)重依據(jù)已有的臨床試驗結果,定性定量地分析噬菌體制劑作為食品抗菌劑的優(yōu)劣,并對劑量效應關系進行評估;在評判標準方面,則強調(diào)以絕對客觀和社會一般人為視角,是獨立于主觀價值的客觀判斷。因此,不同個體對于噬菌體應用于食品殺菌的不同主觀感知上的差異,并不首先作為評判的標準。
4.2.2 謹慎預防原則 謹慎預防原則也稱風險預防原則,這一原則起源于《關于環(huán)境與發(fā)展的里約熱內(nèi)盧宣言》中的第15項原則,“人體健康或環(huán)境保護遭遇威脅時,不應該以缺乏完整的科學確定性為由,延緩采取可以防止該威脅或使該威脅最小化的措施”。一般而言,謹慎預防原則適用于有關的事項在科學上存在不確定性和部分未知的情況,且在發(fā)生嚴重的或者不可逆的環(huán)境、人類健康等損害的情境下如何進行風險規(guī)制的問題。該原則在環(huán)境和食品安全領域使用最為廣泛。
謹慎預防原則對于噬菌體在食品中的應用規(guī)制同樣十分重要,現(xiàn)階段噬菌體還并未被大規(guī)模用于食品領域,尚存一定的不確定性,這就要求決策者時刻關注噬菌體相關國內(nèi)外研究的最新進展,尤其是有關噬菌體安全性的相關論證,充分考慮噬菌體用作食品抗菌劑的復雜性與變動性,及時作出預防性的決定并調(diào)整相應的規(guī)制措施。
4.2.3 利益權衡原則 風險規(guī)制的最終作用對象是人,因此必然涉及各方主體的利益,首要維護的利益是風險指向者和承受者的安全利益,除此之外,被規(guī)制主體的相關利益同樣也需要考慮。
就噬菌體在食品領域的應用而言,主要有以下兩個方面需要運用利益權衡原則。首先是參考受試樣本的選擇,在對于潛在不安全因素進行確定的過程中,受試樣本的選擇本身就暗含對于利益的協(xié)調(diào),樣本選取不同,保護程度就有所不同,如果目標是以較高的標準和程度保障安全,就會選取相對較敏感的人群樣本進行測試。例如,德國的食品安全標準要求以4歲女孩作為受殘留物影響的受體樣本。噬菌體食品抗菌制劑的風險規(guī)制,應兼顧考慮以兒童與成年人作為受試樣本所帶來的不同影響,以獲取盡可能客觀全面的樣本數(shù)據(jù)。其次則是在確定了不安全因素之后,如何對其進行規(guī)制,即便安全利益高于經(jīng)濟利益的大原則已經(jīng)確立,但是具體規(guī)制措施和方式的選擇同樣介入了利益的權衡,例如在科學研究者、食品生產(chǎn)經(jīng)營者與廣大消費者等相關利益并不完全一致的情況下如何進行權衡[31]。
主要的風險規(guī)制路徑有科學路徑、民主路徑和市場路徑3種,各有側(cè)重、各有千秋,適用于對于不同領域和不同具體情境。
所謂科學路徑主張的是以科學和專業(yè)知識作為風險決策的主要依據(jù),更多關注事實,并以科學決策與專家決策為主,采取理性、客觀和“向前看”的預測視角。在支持科學路徑者看來,風險本身是一個科學上的概念,主要是依據(jù)科學和專業(yè)的知識,通過專家的認知、科學的評估和統(tǒng)計調(diào)查等絕對理性的研究進行風險的評估,并作為規(guī)制的依據(jù)。民主路徑則是主張以民主和倫理價值作為風險規(guī)制的主要依據(jù)。民主路徑采取的是公眾參與民主討論的方法,更加關注價值判斷問題。市場路徑主張的是讓市場完成對風險的規(guī)制,而非國家的干預性規(guī)制。風險規(guī)制中關于市場路徑的討論,本質(zhì)上是關于“是否應當由公權力進行風險規(guī)制”以及“國家在多大程度上進行風險規(guī)制”的討論[31]。對于噬菌體作為抗菌劑的風險規(guī)制,選擇科學路徑與民主路徑切入較為合理。
首先,科學路徑作用于科學層面的判斷。噬菌體能否作為食品添加劑使用,哪些噬菌體可以成為合格的食品添加劑,可以在哪些食品中使用,使用的方式和限量是多少,適用的人群是否有所禁忌,域外已批準的噬菌體添加劑規(guī)制對中國有怎樣的借鑒意義,對于這一系列的問題首先需要的是科學的判斷,依靠絕對的專業(yè)知識和可靠的試驗支撐,唯有擁有大量科學專家的專業(yè)行政機構能夠勝任,民主路徑對于這些專業(yè)問題的判斷所起的作用微乎其微,既不能對于技術性的問題作出有價值的判斷,也不能對于專家的風險評估過程起到實質(zhì)性的監(jiān)督,因此在這些環(huán)節(jié)民眾的廣泛參與是不必要的,否則不僅會浪費有限的行政資源,還有可能適得其反,影響專業(yè)的評估。在這一階段,需要規(guī)避的問題是專業(yè)人士因自身或外在因素的影響而偏離理性或被利益俘獲,故而應當明確專家責任,建立健全賞罰機制,引入同行評議制度等以保障科學層面判斷的絕對中立性和客觀性。
其次,民主路徑作用于價值層面的判斷。進行價值層面判斷的前提應當是科學已經(jīng)對于上述問題給出了明確評判,并以此為依據(jù)與民眾代表進行了簡單易懂、客觀中立的風險交流,此時民主路徑開始介入風險規(guī)制的過程。對于噬菌體是否有必要作為食品添加劑使用,本質(zhì)上屬于病毒的噬菌體在多大程度上可以被公眾接受,含有噬菌體的食品是否應當具有特殊的標識,噬菌體作為食品添加劑是否會影響到食品的價格,對于美國已批準的使用噬菌體作為添加劑的食品是否可以進口等等,這些專業(yè)技術性不是十分明顯但對于消費者切身利益有重大影響的問題,民眾的呼聲就變得十分重要,對于這些問題,民眾的回答甚至在決策者心目中的比重應當超過專家的答案,因為廣大的民眾才是產(chǎn)品的最終埋單者。在這一階段,有效的風險交流是民眾參與決策的關鍵,風險交流應當達到如下效果:使得消費者對于噬菌體本身尤其是圍繞其安全性和功能性有一個簡單明了但是全面客觀的認識;參與決策的人員組成是決策有效性的保障,即便是對于專業(yè)性不那么強的問題,風險規(guī)制本身依然要求參與者具備一定的理解能力和判斷能力,所選取的人群樣本既要有代表性也應當具有可靠性。
食源性致病菌是導致食品安全問題的罪魁禍首之一。在傳統(tǒng)抗生素和化學防腐劑難以與之相抗衡的情況下,噬菌體作為一種快速高效、特異性強、不對食品風味造成影響的生物抑菌防控手段,噬菌體抗菌劑在食品領域的應用研究無疑為對抗食源性致病菌打開了新的突破口,具有極其廣闊的發(fā)展前景。然而,不可忽視的是,噬菌體應用相關研究尚未完全成熟,對中國來說,其距離成為一種安全、被廣泛接受的食品抗菌劑仍有很長的路要走。
從科學研究角度而言,噬菌體作用的基本機制、噬菌體應用的安全性以及噬菌體抗菌制劑與其他保鮮防腐方法的結合應當成為后續(xù)研究關注的重點,同時,噬菌體衍生物如裂解酶、尾絲蛋白等相比全噬菌體而言,具有更高效的抑菌效能,亟待進一步地開發(fā)與研究;從政府規(guī)制角度而言,域外噬菌體食品抗菌劑的認可度不斷提高,商業(yè)化發(fā)展態(tài)勢明顯,加之近年來中國不斷涌現(xiàn)的噬菌體研究成果與發(fā)明專利,中國應當順應噬菌體食品抗菌劑的應用研究趨勢,及時做好與廣大民眾的風險交流,排除公眾阻力,促使公眾逐漸拋去對噬菌體病毒本質(zhì)的偏見,對于噬菌體食品抗菌劑有一個更為理性客觀的認識。同時,做好科學審慎的風險規(guī)制,強化“科學”與“民主”的層次性,弱化“科學”與“民主”的對立性,用科學引導民主,科學服務民主,以民主輔助科學,民主影響決策,有效保障風險評估和風險決策的合法性與合理性。總之,現(xiàn)代食品工業(yè)、生物技術的發(fā)展自身伴隨著諸多的風險,現(xiàn)代國家治理是一個穩(wěn)步前進但不斷調(diào)整和學習的過程,充分發(fā)揮科學、民主和市場路徑各自的優(yōu)勢,做好知識和信息的充分交互交融,是對食品安全監(jiān)管中未知事物和新興領域進行有效規(guī)制的重要輔助手段。