Regulatory requirements for food and feed produced with genetically modified microorganisms and case studies for EU authorization

doi:10.12211/2096-8280.2020-079

Abstract

Abstract:

With the rapid development of genetic modification technology in recent years, emerging biotechnology represented by gene recombination, gene editing, synthetic biology, etc., has laid the key foundation for subversive changes in the food industry. Genetically modified microorganisms (GMMs) are involved in the production of a variety of food and feed. At present, the application of GMMs in fermentation has become more and more extensive. The marketing of food and feed products produced by fermentation of GMMs falls under different legislative instruments for different countries. In the industrialization process using GMMs, it is necessary to consider the requirements of the laws and regulations in the countries for production and export. Different countries have different historical and cultural backgrounds, technical levels and public awareness of genetically modified foods. Therefore, there are different attitudes for the supervision of foods produced with GMMs. This article mainly discusses the regulatory requirements of food and feed produced with GMMs. For these products, if the components from genetically modified microorganisms (usually GMMs and recombinant DNA) can be detected in the final products, they will be classified as genetically modified foods (GMF) in the European Union and the United States. Therefore, they need to meet the regulatory requirements of relevant laws and regulations on genetically modified foods. In this article the different definitions of genetically modified food in European Union, the United States of America and China is firstly introduced, followed by a brief summary of the supervision requirements of genetically modified food in these three countries. Secondly, the EU, which has the strictest regulatory requirements, is examined for its regulatory system for GMF and the authorization requirements for food and feed fermented with GMMs. Finally, genetically modified Escherichia coli is taken as an example to study several EU authorization cases. From these cases, recommendatory notes on applying for EU authorization of GMM fermented food and feed are briefly summarized.

Key words: genetically modified food, genetically modified microorganism, supervision, food and feed, Escherichia coli

摘要：

随着现代遗传改造技术的发展，以基因重组、基因编辑、合成生物学等技术为代表的新兴生物技术为食品产业颠覆性变革奠定了重要基础。遗传改造微生物在食品领域的应用越来越广泛，遗传改造微生物发酵生产的产品在产业化过程中必须考虑各国监管法规的要求。不同国家历史文化背景、技术水平和公众对转基因食品的认知程度不同，对遗传改造微生物生产食品的监管也存在着截然不同的做法。本文介绍了欧盟、美国和中国对转基因食品的不同定义，并概述三者对于转基因食品的监管要求。以监管要求最为严格的欧盟为例，论述了欧盟的转基因食品监管体系及欧盟对遗传改造微生物发酵生产的食品、饲料的授权要求。以大肠杆菌为例，对欧盟遗传改造微生物发酵生产的产品授权实例进行分析汇总，并提出了遗传改造微生物发酵生产的食品和饲料在欧盟申请授权中的注意事项。

关键词: 转基因食品, 遗传改造微生物, 监管, 食品饲料, 大肠杆菌

CLC Number:

Xiaolian WEI, Zhiling QIAN, Qiaoqiao CHEN, Hongwei YU. Regulatory requirements for food and feed produced with genetically modified microorganisms and case studies for EU authorization[J]. Synthetic Biology Journal, 2021, 2(1): 121-133.

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Figures/Tables 5

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13	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Rychen G, Aquilina G, et al. Guidance on the characterisation of microorganisms used as feed additives or as production organisms[J]. EFSA Journal, 2018, 16(3): e05206.
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16	EFSA Panel on Biological Hazards BIOHAZ), Koutsoumanis K, Allende A, et al. Scientific Opinion on the update of the list of QPS-recommended biological agents intentionally added to food or feed as notified to EFSA (2017—2019)[J]. EFSA Journal, 2020, 18(2):e05966.
17	EFSA Panel on Biological Hazards BIOHAZ), Ricci A, Allende A, et al. Scientific Opinion on the update of the list of QPS-recommended biological agents intentionally added to food or feed as notified to EFSA[J]. EFSA Journal, 2017, 15(3): e04664.
18	EFSA Panel on Biological Hazards BIOHAZ), Koutsoumanis K, Allende A, et al. Update of the list of QPS-recommended biological agents intentionally added to food or feed as notified to EFSA 12: suitability of taxonomic units notified to EFSA until March 2020[J]. EFSA Journal, 2020, 18(7): e06174.
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20	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Bampidis V, Azimonti G, et al. Safety of l-threonine produced by fermentation with Escherichia coli CGMCC 11473 as a feed additive for all animal species[J]. EFSA Journal, 2019, 17(11): e05885.
21	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Bampidis V, Azimonti G, et al. Safety and efficacy of l-cysteine hydrochloride monohydrate produced by fermentation using Escherichia coli KCM80180 and Escherichia coli KCCM 80181 as a flavourinadditive for all animal species[J]. EFSA Journal, 2020, 18(2): e06003.
22	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Bampidis V, Azimonti G, et al. Safety and efficacy of l-histidine monohydrochloride monohydrate produced by fermentation with Escherichia coli (NITE BP-02526) for all animal species[J]. EFSA Journal, 2019, 17(8): e05785.
23	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Bampidis V, Azimonti G, et al. Safety and efficacy of l-leucine produced by fermentation with Escherichia coli NITE BP-02351 for all animal species[J]. EFSA Journal, 2019, 17(5): e05689.
24	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Bampidis V, de Lourdes Bastos M, et al. Safety and efficacy of l-tryptophan produced by fermentation with Escherichia coli KCCM 80135 for all animal species[J]. EFSA Journal, 2019, 17(5): e05694.
25	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Bampidis V, Azimonti G, et al. Safety and efficacy of l-tryptophan produced by fermentation with Escherichia coli KCCM 80152 for all animal species[J]. EFSA Journal, 2019, 17(5): e05695.
26	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), BAMPIDIS V, AZIMONTI G, et al. Safety and efficacy of l-tryptophan produced by fermentation with Escherichia coli CGMCC 7.248 for all animal species[J]. EFSA Journal, 2019, 17(2): e05601.
27	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Bampidis V, Azimonti G, et al. Safety and efficacy of l-threonine produced by fermentation using Escherichia coli CGMCC 7.232 for all animal species[J]. EFSA Journal, 2018, 16(10): e05458.
28	EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEEDAP), Rychen G, Aquilina G, et al. Safety and efficacy of l-arginine produced by fermentation with Escherichia coli NITE BP-02186 for all animal species[J]. EFSA Journal, 2018, 16(5): e05276.

公布时间	文件名称	简介
2010年 11月	Guidance on the environmental risk assessment of genetically modified plants^[7] 转基因植物环境风险评估指南	该文件为在关于转基因食品和饲料的第1829/2003号条法规框架内或根据关于转基因生物故意释放到环境中的第2001/18/EC号指令提交的转基因植物环境风险评估提供了指导
2011年 5月	Guidance for risk assessment of food and feed from genetically modified plants ^[8] 来源于转基因植物的食品和饲料风险评估指南	该文件提供了在1829/2003号法规框架内提交的对含有转基因植物、由转基因植物组成或由转基因植物生产的食品和饲料进行风险评估的最新指南
2011年 6月	Guidance on the risk assessment of genetically modified microorganisms and their products intended for food and feed use^[1] 食品和饲料用遗传改造微生物及其产品风险评估指南	指南根据产品的性质和EFSA转基因生物小组评估所需的科学信息水平，将产品分为4类。该指南详细说明了为评估每个类别的产品需要提供的数据
2012年 1月	Guidance on the risk assessment of food and feed from genetically modified animals and on animal health and welfare aspects^[9] 来源于转基因动物的食品和饲料风险评估及动物健康和福利指南	该文件在关于转基因食品和饲料的欧盟第1829/2003号法规的框架内，为含有转基因动物、由转基因动物组成或由转基因动物生产的食品和饲料的风险评估以及这些动物的健康和福利评估提供了指导
2015年 6月	Guidance for renewal applications of genetically modified food and feed authorised under Regulation （EC） No 1829/2003^[10] 欧盟第1829/2003号法规授权的转基因食品和饲料更新申请指南	该文件描述了欧盟第1829/2003号法规授权的转基因食品和饲料更新申请的数据要求，其中应包含授权副本、上市后监测和上市后环境监测报告、文献的系统搜索和评估、更新的生物信息学以及授权期间由申请人或代表申请人执行的任何附加文件或研究
2017年 6月	Guidance on allergenicity assessment of genetically modified plants^[11] 转基因植物致敏性评估指南	欧洲食品安全局（EFSA）发布了有关致敏性的补充指南，以进一步加强对转基因植物的风险评估。该文件考虑了新的科学和法规发展，补充了现有指南和法规中的建议
2017年 11月	Guidance for the risk assessment of the presence at low level of genetically modified plant material in imported food and feed under Regulation （EC） No 1829/2003^[12] 对由欧盟第1829/2003号法规监管的进口食品和饲料中存在低含量的转基因植物材料的风险评估指南	用于评估针对非欧洲市场的低水平转基因植物材料在食品和饲料中“意外，偶然或技术上不可避免地存在”的风险。欧盟委员会将低含量的存在定义为每种成分（例如谷物、面粉、糖浆）中最多0.9％的转基因植物材料
2018年 2月	Guidance on the characterization of microorganisms usedas feed additives or as production organisms ^[13] 用作饲料添加剂或用作生产生物的微生物特性描述指南	该指导文件旨在帮助申请人准备和提交申请，根据欧盟第1831/2003号法规，用于动物营养添加剂的授权。它特别涵盖了用作饲料添加剂或用作生产生物的微生物的特性。包括遗传改造微生物的特性描述要求
2018年 6月	Technical Note on the quality of DNA sequencing for the molecular characterisation of genetically modified plants^[14] 关于用于基因修饰植物分子表征的DNA测序质量的技术说明	将Sanger测序或下一代测序（NGS）用作GMO申请欧盟市场授权时要提交的测序信息的建议和要求

公布时间	文件名称	简介
2010年 11月	Guidance on the environmental risk assessment of genetically modified plants^[7] 转基因植物环境风险评估指南	该文件为在关于转基因食品和饲料的第1829/2003号条法规框架内或根据关于转基因生物故意释放到环境中的第2001/18/EC号指令提交的转基因植物环境风险评估提供了指导
2011年 5月	Guidance for risk assessment of food and feed from genetically modified plants ^[8] 来源于转基因植物的食品和饲料风险评估指南	该文件提供了在1829/2003号法规框架内提交的对含有转基因植物、由转基因植物组成或由转基因植物生产的食品和饲料进行风险评估的最新指南
2011年 6月	Guidance on the risk assessment of genetically modified microorganisms and their products intended for food and feed use^[1] 食品和饲料用遗传改造微生物及其产品风险评估指南	指南根据产品的性质和EFSA转基因生物小组评估所需的科学信息水平，将产品分为4类。该指南详细说明了为评估每个类别的产品需要提供的数据
2012年 1月	Guidance on the risk assessment of food and feed from genetically modified animals and on animal health and welfare aspects^[9] 来源于转基因动物的食品和饲料风险评估及动物健康和福利指南	该文件在关于转基因食品和饲料的欧盟第1829/2003号法规的框架内，为含有转基因动物、由转基因动物组成或由转基因动物生产的食品和饲料的风险评估以及这些动物的健康和福利评估提供了指导
2015年 6月	Guidance for renewal applications of genetically modified food and feed authorised under Regulation （EC） No 1829/2003^[10] 欧盟第1829/2003号法规授权的转基因食品和饲料更新申请指南	该文件描述了欧盟第1829/2003号法规授权的转基因食品和饲料更新申请的数据要求，其中应包含授权副本、上市后监测和上市后环境监测报告、文献的系统搜索和评估、更新的生物信息学以及授权期间由申请人或代表申请人执行的任何附加文件或研究
2017年 6月	Guidance on allergenicity assessment of genetically modified plants^[11] 转基因植物致敏性评估指南	欧洲食品安全局（EFSA）发布了有关致敏性的补充指南，以进一步加强对转基因植物的风险评估。该文件考虑了新的科学和法规发展，补充了现有指南和法规中的建议
2017年 11月	Guidance for the risk assessment of the presence at low level of genetically modified plant material in imported food and feed under Regulation （EC） No 1829/2003^[12] 对由欧盟第1829/2003号法规监管的进口食品和饲料中存在低含量的转基因植物材料的风险评估指南	用于评估针对非欧洲市场的低水平转基因植物材料在食品和饲料中“意外，偶然或技术上不可避免地存在”的风险。欧盟委员会将低含量的存在定义为每种成分（例如谷物、面粉、糖浆）中最多0.9％的转基因植物材料
2018年 2月	Guidance on the characterization of microorganisms usedas feed additives or as production organisms ^[13] 用作饲料添加剂或用作生产生物的微生物特性描述指南	该指导文件旨在帮助申请人准备和提交申请，根据欧盟第1831/2003号法规，用于动物营养添加剂的授权。它特别涵盖了用作饲料添加剂或用作生产生物的微生物的特性。包括遗传改造微生物的特性描述要求
2018年 6月	Technical Note on the quality of DNA sequencing for the molecular characterisation of genetically modified plants^[14] 关于用于基因修饰植物分子表征的DNA测序质量的技术说明	将Sanger测序或下一代测序（NGS）用作GMO申请欧盟市场授权时要提交的测序信息的建议和要求

项目	第一类	第二类	第三类	第四类
受体或亲本微生物的特征
1.学名、分类学和其他名称	√	√	√	√
2.表型和遗传标记	√	√	√	√
3.受体和供体之间的相关程度			√	√
4.鉴别和检测技术说明			√	√
5.受体微生物的来源和自然栖息地			√	√
6. 已知在自然条件下遗传物质发生转移的生物体，并存在固有可移动遗传元件			√	√
7.受体微生物遗传稳定性的信息		√	√	√
8.致病性、生态和生理特性		√	√	√
9.前期使用历史的描述		√	√	√
10.遗传改造的历史	√	√	√	√
插入序列（供体生物体）的特征
1.来自特定供体生物体的DNA	√	√	√	√
2.合成的DNA	√	√	√	√
3.直接从环境样品中提取的DNA	√	√	√	√
遗传改造的描述
1.载体的特征	√	√	√	√
2.与遗传改造有关的信息	√	√	√	√
关于遗传改造微生物的信息以及遗传改造微生物与适当参照物的比较
1.遗传性状或表型特征的描述，特别是任何可能表达或不再表达的新性状和特征	√	√	√	√
2.留在遗传改造微生物中的任何载体和/或供体核酸的结构和数量	√	√	√	√
3.遗传改造微生物遗传性状的稳定性		√	√	√
4.新遗传物质的表达速率和水平以及表达蛋白质的活性			√	√
5.鉴别和检测技术说明	√	√	√	√
6.关于将遗传物质转移给其他生物的能力的信息			√	√
7. 遗传改造微生物前期使用或环境释放的历史（如适用）			√	√
8.对于人和动物的安全性		√	√	√
与生产过程相关的信息	√	√	√	√
与产品制备过程相关的信息
1.证明产品中没有遗传改造微生物	√	√	√
2.遗传改造微生物细胞灭活的信息和存在残余物理完整细胞的评估		√	√
3.关于可能存在重组DNA的信息	√	√	√
产品描述
1.产品名称		√	√	√
2.预期用途和作用方式		√	√	√
3. 组分		√	√	√
4.物理性质		√	√	√
5.技术属性		√	√	√
转基因产品对人类健康的影响
1.毒性		√	√	√
2.致敏性		√	√	√
3.营养评估		√	√	√
遗传改造微生物及其产品的潜在环境影响
针对第一类和第二类产品的评估	√	√
针对第三类产品的评估			√
针对第四类产品的评估				√
食品或饲料用遗传改造微生物和/或其产品上市后监控		√	√	√
转基因产品上市后环境监测			√	√

项目	第一类	第二类	第三类	第四类
受体或亲本微生物的特征
1.学名、分类学和其他名称	√	√	√	√
2.表型和遗传标记	√	√	√	√
3.受体和供体之间的相关程度			√	√
4.鉴别和检测技术说明			√	√
5.受体微生物的来源和自然栖息地			√	√
6. 已知在自然条件下遗传物质发生转移的生物体，并存在固有可移动遗传元件			√	√
7.受体微生物遗传稳定性的信息		√	√	√
8.致病性、生态和生理特性		√	√	√
9.前期使用历史的描述		√	√	√
10.遗传改造的历史	√	√	√	√
插入序列（供体生物体）的特征
1.来自特定供体生物体的DNA	√	√	√	√
2.合成的DNA	√	√	√	√
3.直接从环境样品中提取的DNA	√	√	√	√
遗传改造的描述
1.载体的特征	√	√	√	√
2.与遗传改造有关的信息	√	√	√	√
关于遗传改造微生物的信息以及遗传改造微生物与适当参照物的比较
1.遗传性状或表型特征的描述，特别是任何可能表达或不再表达的新性状和特征	√	√	√	√
2.留在遗传改造微生物中的任何载体和/或供体核酸的结构和数量	√	√	√	√
3.遗传改造微生物遗传性状的稳定性		√	√	√
4.新遗传物质的表达速率和水平以及表达蛋白质的活性			√	√
5.鉴别和检测技术说明	√	√	√	√
6.关于将遗传物质转移给其他生物的能力的信息			√	√
7. 遗传改造微生物前期使用或环境释放的历史（如适用）			√	√
8.对于人和动物的安全性		√	√	√
与生产过程相关的信息	√	√	√	√
与产品制备过程相关的信息
1.证明产品中没有遗传改造微生物	√	√	√
2.遗传改造微生物细胞灭活的信息和存在残余物理完整细胞的评估		√	√
3.关于可能存在重组DNA的信息	√	√	√
产品描述
1.产品名称		√	√	√
2.预期用途和作用方式		√	√	√
3. 组分		√	√	√
4.物理性质		√	√	√
5.技术属性		√	√	√
转基因产品对人类健康的影响
1.毒性		√	√	√
2.致敏性		√	√	√
3.营养评估		√	√	√
遗传改造微生物及其产品的潜在环境影响
针对第一类和第二类产品的评估	√	√
针对第三类产品的评估			√
针对第四类产品的评估				√
食品或饲料用遗传改造微生物和/或其产品上市后监控		√	√	√
转基因产品上市后环境监测			√	√

菌种名称	申请应用领域	预期用途	EFSA目前评估状态^①
Escherichia coli BL21 （DE3） ZenA070#1147	饲料添加剂	减少饲料中霉菌毒素的污染	要求补充如下资料：添加剂的特性、微生物的特征、目标动物的安全性、消费者的安全、功效
Escherichia coli K-12 KCCM 80212	饲料添加剂	一水合左旋组氨酸一盐酸盐的生产	要求补充添加剂的特性、使用条件、消费者安全信息
Escherichia coli K12 KFCC 11067	饲料添加剂	5'-鸟苷酸二钠的生产	要求补充生产菌株的特征
Escherichia coli GMO	新食品	3-岩藻糖苷生产中的加工助剂	评估中
Escherichia coli BL21 （DE3）	新食品	生产D-塔格糖-3-差向异构酶（dt3）用于麦芽酮糖生产	评估中
Escherichia coli （Strain K-12 W3110）	食品酶、食品添加剂和调味品	食品酶右旋糖酐3-差向异构酶的生产	要求补充食品酶来源的新信息、关于食品酶特性的新信息和说明、关于食品酶生产过程的新信息和说明、关于饮食接触的新信息和说明
Escherichia coli BL21（DE3）	食品酶、食品添加剂和调味品	食品酶OBT-001的生产	要求补充菌种保藏信息、食品酶中不存在生产菌株及其DNA、食品酶的组成、化学和微生物纯度、使用级别、最终产品中食品酶是否存在等信息
Escherichia coli BL21（DE3）	新食品	新型食品乳糖-N-新四糖的生产	评估中
Escherichia coli （LE1B1090）	食品酶、食品添加剂和调味品	UDP-葡糖基转移酶和蔗糖合酶的生产	要求补充提议的食品添加剂的鉴别、建议规格、制造过程、稳定性等信息