本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
几周前，忧思科学家联盟发布了一份名为“健康农场：美国农业愿景”的政策文件，其内容正如其标题所示。
一个健康的农场实行可持续农业，这意味着它必须做好三件事生产力。一个健康的农场生产充足的食物。
经济可行性。一个健康的农场是一个蓬勃发展的企业，为在农场工作的人提供良好的生活和公平的工作条件，并为当地和区域经济的繁荣做出贡献。
环境管理。一个健康的农场为子孙后代维护土壤的肥力和周围景观的健康。
美国当前的工业化农业实践很好地实现了第一和第二个目标，但这些做法往往是不可持续的，并且在“环境管理”方面表现得非常糟糕。忧思科学家联盟对我们食品系统的严峻状况的担忧是合理的，我赞赏他们为在政策辩论中走在前列所做的努力。但只有一个问题：他们反对使用我们所有的技术来帮助解决这个问题。具体来说，我指的是基因工程（GE）和转基因生物（GMO）。
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这种类型的对话不可避免地会演变成对转基因支持者信誉的人身攻击，所以在继续之前，请允许我明确声明，我目前没有，过去也没有，将来也不打算为任何生产转基因生物的公司工作。我也从未收到过任何此类公司的任何形式的报酬。
尽管如此，我认为使用基因工程来改良我们的作物可以帮助我们朝着更高效、更健康，而且，是的，更可持续的耕作方式迈进。不幸的是，有很多错误的信息阻碍了公众对这项技术的接受。由于我是一名免疫学家，今天我只想谈谈其中一条错误信息。来自忧思科学家联盟：
[转基因作物]可能会产生新的过敏原和毒素[...]
这种说法充其量是极具误导性的，最坏的情况是完全捏造的。对于一个致力于向公民普及科学知识的组织来说，他们在这个问题上犯了如此严重的错误，我感到有点震惊。但为了解释原因，我首先需要解释一下基因、蛋白质以及这些东西如何与免疫系统相互作用。
从基因到蛋白质
如果您已经很熟悉分子生物学的中心法则，请随意跳过。对于其他读者，您对遗传学的记忆可能只是对一个僧侣和他的豌豆的模糊回忆。但别担心，我不会要求您画任何旁内特方格。关键要知道的是，您的遗传信息（编码在您的 DNA 中）是蛋白质产生的蓝图*。
蛋白质是在细胞中工作的物质。它们可以完成从提供结构和支持，到在细胞之间传递信息，到感知外部世界，再到催化化学反应的所有工作。基本上，如果细胞中有一项工作要做，那就是蛋白质在做。蛋白质本质上是由称为“氨基酸”的小单元组成的线性序列。就像您可以取一套有限的乐高积木，构建几乎任何形状一样，进化已经选择了一套有限的约 20 种氨基酸，但这 20 块积木可以以许多不同的方式组合在一起，从而形成许多不同形状的蛋白质。这些不同的形状决定了蛋白质在细胞中具有的多种不同功能。
由于分子生物学的革命，我们现在对细胞如何读取特定的核酸序列（即 DNA 中的“NA”），并将代码翻译成氨基酸序列（从而成为具有特定形状和功能的蛋白质）有了相当坚定的理解。这个过程最令人惊奇的特征之一是，无论您谈论的是哪种细胞（植物、细菌、病毒或哺乳动物**），这种语言都是相同的。这在理论上非常简洁，但在实践中具有深远的意义。
例如，糖尿病患者维持生命所需的胰岛素只是一种蛋白质。在基因工程出现之前，绝大多数胰岛素是从牛或猪的血液中提取的——这些来源不太可靠，而且来自动物的胰岛素与人类胰岛素不完全相同，会导致潜在的不良反应。在 20 世纪 80 年代，科学家们意识到，他们可以使用基因工程在细菌中制造真正的人类胰岛素。他们分离出了人类版本的蛋白质的 DNA 序列代码，并将其插入大肠杆菌细菌的基因组中。细菌不知道人类基因和细菌基因之间的区别——它们都只是 DNA！细菌读取代码，并将其转化为蛋白质——与您自己胰腺中的 β-胰岛细胞产生的蛋白质完全相同；它们是相同的。
这是转基因作物中使用的相同过程——将蛋白质或一组蛋白质的基因代码从一种生物转移到另一种生物中。稍后会详细介绍。
蛋白质和过敏
过敏本质上是对通常无害的物质的免疫反应。那些引起如此多痛苦的花粉粒实际上并没有构成威胁，但您的免疫系统可能会像对待威胁一样做出反应。您的免疫系统会产生一种称为 IgE 的特殊抗体，这种抗体能够与花粉中的某些蛋白质结合。这些 IgE 抗体会覆盖肥大细胞的表面，肥大细胞中充满了大量的活性分子，如组胺，这些分子会让您的免疫系统发疯。肥大细胞的进化是为了对抗寄生虫和其他感染，当免疫反应得到适当引导时，这是一种很好的防御——一点炎症胜于感染。
但是，当免疫反应针对大量无害的物质时，就会出现痛苦。已经报道了对各种物质的免疫反应，从相对常见的季节性过敏到不同类型的花粉，再到尘螨，再到精液。虽然这些过敏对患者来说可能相当不愉快，但通常不会危及生命。另一方面，食物过敏可能严重得多。
由于食物过敏可能导致过敏性休克和死亡，因此人们担心操纵食物也许是可以理解的。但请记住——过敏是对特定蛋白质的反应。我们的免疫系统可以很好地区分不同的蛋白质，但完全不知道该蛋白质的来源。
转基因生物和过敏的案例研究
前提
在开始之前，让我们回顾一下我认为非常令人反感的忧思科学家联盟的说法
[转基因作物]可能会产生新的过敏原和毒素[我的重点]
这是明显错误的——基因工程技术使我们能够精确地将已知结构和功能的基因添加到作物中。原则上，有可能通过基因工程改造玉米使其表达炭疽毒素，或将花生过敏原引入大豆，但这必须是出于科学家的恶意，而不是意外。我们知道基因如何工作，我们也知道单个基因将产生哪种蛋白质。
将其与有机和非转基因农业中常见的育种工具诱变育种进行对比。这是一种农民将种子暴露在高剂量的辐射或化学诱变剂下，然后有选择地培育具有有用性状的种子的技术。这个过程可能会在基因组中引入成百上千的突变，而且育种者无法知道这些突变在哪里。这些突变会改变蛋白质的形状和功能，并且原则上可能会产生新的过敏原。尽管这个过程正在操纵基因组，但它不被认为是基因工程，并且被允许称为有机。
现在，是一些最常见的转基因作物的例子。
转基因玉米
不同菌株的苏云金芽孢杆菌（Bt）可以产生对各种无脊椎动物有毒的蛋白质。这些蛋白质称为“Cry 毒素”，已经在农业中使用了近 100 年——以某种方式培养的细菌可以被诱导产生这些蛋白质，然后喷洒到作物上。某些类型的昆虫容易食用这些毒素，并且会在摄入后死亡。Bt Cry 蛋白是农业中使用的最安全的杀虫剂之一，并且有很多品种可以针对不同类型的昆虫害虫。由于 Cry 毒素是蛋白质，这意味着它们由基因编码，科学家们意识到他们可以完全摆脱细菌。
就像我们可以在细菌中生产人类胰岛素一样，我们可以让玉米（和其他植物）生产细菌 Cry 蛋白——科学家们也这样做了。这种蛋白质主要在玉米叶子中产生，试图以叶子为食的昆虫会同时摄入 Cry 蛋白并死亡。这种蛋白质在玉米粒本身中表达不多，这实际上对于想要使用这些作物来阻止攻击玉米穗的昆虫的农民来说是一个问题，但这也意味着享用玉米棒子的人类也不会摄入太多。
因此，Cry 蛋白可以安全食用，它们在我们吃的食物中以非常低的水平表达，并且它们大量喷洒在有机作物上（并且已经使用了近一百年）。没有理由认为玉米产生的 Cry 与细菌产生的 Cry 有任何不同——它们是相同的基因，所以它们是相同的蛋白质。
鱼腥番茄
转基因生物反对者经常提出的恐怖故事之一是一种通过基因工程改造以抵抗霜冻的番茄植物。冬季比目鱼的血液中含有“防冻剂”，使其能够在极冷的水域中生存。科学家们意识到，植物中的防冻剂将非常有用——霜冻损害每年导致农民损失数亿美元的作物损失或生产力下降。
现在，我可以理解为什么您食物中的防冻剂听起来可能很可怕，但这并不是您汽车中使用的那种物质。鱼中的防冻剂只是一种名为 AFA3 的蛋白质，正如您现在可能已经猜到的那样，这意味着它由基因编码。不幸的是，当这个基因被放入番茄时，它实际上并没有提供太多的抗寒性，而且这些番茄从未上市，但我认为这是一个有益的例子——如果您可以食用比目鱼而不会发生过敏反应，那么您就可以食用这些番茄。
潜在的危害
有很多新的转基因品种的例子，它们使用的蛋白质基因不像苏云金芽孢杆菌（Bt）那样有100年的历史，或者不像比目鱼那样通常被摄入。但基因工程并没有什么神奇之处——它只是关于蛋白质的。大多数蛋白质在我们的胃和小肠中很容易被破坏，分解成它们的组成氨基酸，并被吸收到我们的血液中，无论这些蛋白质来自牛、番茄还是细菌。我们的消化系统和免疫系统对它们的来源并不在意。
我们不可能声称在我们的食物中使用转基因技术是零风险的，并且值得测试我们放入口中的任何新事物的安全性。安全测试当然是要做的，但要消除所有风险是不可能的。
但是，仅仅存在风险的可能性并不是回避一项技术的正当理由。正如我上面提到的，诱变育种至少有可能产生新的过敏原，如果不是更多的话。至少对于基因工程来说，我们知道哪些基因正在被改变，并且我们有更好的工具来测试它们编码的蛋白质。我们已经接受了许多有风险的技术，从微波炉到手机，而且这里涉及的不仅仅是快速用餐或通讯。为了在不对环境造成（更多）不可弥补的损害的情况下养活地球上数十亿人口，我们需要考虑所有的选择。
还值得注意的是，正如Pamela Ronald两年前在这个专栏中所写的那样
科学界普遍认为，目前市场上销售的转基因作物可以安全食用。经过14年的种植和累计种植的20亿英亩土地，转基因作物的商业化并未导致任何不利的健康或环境影响。
请注意：我不会在这里回复关于转基因生物的无数其他投诉的评论——这是一篇关于过敏原的文章，但还有许多其他资源可以查阅
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* 并非所有基因都编码蛋白质。还有像微RNA这样的基因产物，但这些主要通过调节蛋白质的表达来发挥作用。
** 结果发现，并不完全相同。一些物种对代码进行了轻微的修改，但这更像是不同的方言，而不是不同的语言。
图片：顶部：作者；Jessica Reuter；Dcastor；美国农业部。
更新 (2013年6月1日)：美国科学家联盟（UCS）认为我在这里歪曲了他们的立场。他们不反对基因工程技术本身，但（我在这里转述）认为它监管不足，并且资金和研究应该集中在其他技术上。请参见下面的评论以及他们的网站。