本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
幾周前，憂思科學家聯盟釋出了一份名為“健康農場：美國農業願景”的政策檔案，其內容正如其標題所示。
一個健康的農場實行可持續農業，這意味著它必須做好三件事生產力。一個健康的農場生產充足的食物。
經濟可行性。一個健康的農場是一個蓬勃發展的企業，為在農場工作的人提供良好的生活和公平的工作條件，併為當地和區域經濟的繁榮做出貢獻。
環境管理。一個健康的農場為子孫後代維護土壤的肥力和周圍景觀的健康。
美國當前的工業化農業實踐很好地實現了第一和第二個目標，但這些做法往往是不可持續的，並且在“環境管理”方面表現得非常糟糕。憂思科學家聯盟對我們食品系統的嚴峻狀況的擔憂是合理的，我讚賞他們為在政策辯論中走在前列所做的努力。但只有一個問題：他們反對使用我們所有的技術來幫助解決這個問題。具體來說，我指的是基因工程（GE）和轉基因生物（GMO）。
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這種型別的對話不可避免地會演變成對轉基因支持者信譽的人身攻擊，所以在繼續之前，請允許我明確宣告，我目前沒有，過去也沒有，將來也不打算為任何生產轉基因生物的公司工作。我也從未收到過任何此類公司的任何形式的報酬。
儘管如此，我認為使用基因工程來改良我們的作物可以幫助我們朝著更高效、更健康，而且，是的，更可持續的耕作方式邁進。不幸的是，有很多錯誤的資訊阻礙了公眾對這項技術的接受。由於我是一名免疫學家，今天我只想談談其中一條錯誤資訊。來自憂思科學家聯盟：
[轉基因作物]可能會產生新的過敏原和毒素[...]
這種說法充其量是極具誤導性的，最壞的情況是完全捏造的。對於一個致力於向公民普及科學知識的組織來說，他們在這個問題上犯了如此嚴重的錯誤，我感到有點震驚。但為了解釋原因，我首先需要解釋一下基因、蛋白質以及這些東西如何與免疫系統相互作用。
從基因到蛋白質
如果您已經很熟悉分子生物學的中心法則，請隨意跳過。對於其他讀者，您對遺傳學的記憶可能只是對一個僧侶和他的豌豆的模糊回憶。但別擔心，我不會要求您畫任何旁內特方格。關鍵要知道的是，您的遺傳資訊（編碼在您的 DNA 中）是蛋白質產生的藍圖*。
蛋白質是在細胞中工作的物質。它們可以完成從提供結構和支援，到在細胞之間傳遞資訊，到感知外部世界，再到催化化學反應的所有工作。基本上，如果細胞中有一項工作要做，那就是蛋白質在做。蛋白質本質上是由稱為“氨基酸”的小單元組成的線性序列。就像您可以取一套有限的樂高積木，構建幾乎任何形狀一樣，進化已經選擇了一套有限的約 20 種氨基酸，但這 20 塊積木可以以許多不同的方式組合在一起，從而形成許多不同形狀的蛋白質。這些不同的形狀決定了蛋白質在細胞中具有的多種不同功能。
由於分子生物學的革命，我們現在對細胞如何讀取特定的核酸序列（即 DNA 中的“NA”），並將程式碼翻譯成氨基酸序列（從而成為具有特定形狀和功能的蛋白質）有了相當堅定的理解。這個過程最令人驚奇的特徵之一是，無論您談論的是哪種細胞（植物、細菌、病毒或哺乳動物**），這種語言都是相同的。這在理論上非常簡潔，但在實踐中具有深遠的意義。
例如，糖尿病患者維持生命所需的胰島素只是一種蛋白質。在基因工程出現之前，絕大多數胰島素是從牛或豬的血液中提取的——這些來源不太可靠，而且來自動物的胰島素與人類胰島素不完全相同，會導致潛在的不良反應。在 20 世紀 80 年代，科學家們意識到，他們可以使用基因工程在細菌中製造真正的人類胰島素。他們分離出了人類版本的蛋白質的 DNA 序列程式碼，並將其插入大腸桿菌細菌的基因組中。細菌不知道人類基因和細菌基因之間的區別——它們都只是 DNA！細菌讀取程式碼，並將其轉化為蛋白質——與您自己胰腺中的 β-胰島細胞產生的蛋白質完全相同；它們是相同的。
這是轉基因作物中使用的相同過程——將蛋白質或一組蛋白質的基因程式碼從一種生物轉移到另一種生物中。稍後會詳細介紹。
蛋白質和過敏
過敏本質上是對通常無害的物質的免疫反應。那些引起如此多痛苦的花粉粒實際上並沒有構成威脅，但您的免疫系統可能會像對待威脅一樣做出反應。您的免疫系統會產生一種稱為 IgE 的特殊抗體，這種抗體能夠與花粉中的某些蛋白質結合。這些 IgE 抗體會覆蓋肥大細胞的表面，肥大細胞中充滿了大量的活性分子，如組胺，這些分子會讓您的免疫系統發瘋。肥大細胞的進化是為了對抗寄生蟲和其他感染，當免疫反應得到適當引導時，這是一種很好的防禦——一點炎症勝於感染。
但是，當免疫反應針對大量無害的物質時，就會出現痛苦。已經報道了對各種物質的免疫反應，從相對常見的季節性過敏到不同型別的花粉，再到塵蟎，再到精液。雖然這些過敏對患者來說可能相當不愉快，但通常不會危及生命。另一方面，食物過敏可能嚴重得多。
由於食物過敏可能導致過敏性休克和死亡，因此人們擔心操縱食物也許是可以理解的。但請記住——過敏是對特定蛋白質的反應。我們的免疫系統可以很好地區分不同的蛋白質，但完全不知道該蛋白質的來源。
轉基因生物和過敏的案例研究
前提
在開始之前，讓我們回顧一下我認為非常令人反感的憂思科學家聯盟的說法
[轉基因作物]可能會產生新的過敏原和毒素[我的重點]
這是明顯錯誤的——基因工程技術使我們能夠精確地將已知結構和功能的基因新增到作物中。原則上，有可能透過基因工程改造玉米使其表達炭疽毒素，或將花生過敏原引入大豆，但這必須是出於科學家的惡意，而不是意外。我們知道基因如何工作，我們也知道單個基因將產生哪種蛋白質。
將其與有機和非轉基因農業中常見的育種工具誘變育種進行對比。這是一種農民將種子暴露在高劑量的輻射或化學誘變劑下，然後有選擇地培育具有有用性狀的種子的技術。這個過程可能會在基因組中引入成百上千的突變，而且育種者無法知道這些突變在哪裡。這些突變會改變蛋白質的形狀和功能，並且原則上可能會產生新的過敏原。儘管這個過程正在操縱基因組，但它不被認為是基因工程，並且被允許稱為有機。
現在，是一些最常見的轉基因作物的例子。
轉基因玉米
不同菌株的蘇雲金芽孢桿菌（Bt）可以產生對各種無脊椎動物有毒的蛋白質。這些蛋白質稱為“Cry 毒素”，已經在農業中使用了近 100 年——以某種方式培養的細菌可以被誘導產生這些蛋白質，然後噴灑到作物上。某些型別的昆蟲容易食用這些毒素，並且會在攝入後死亡。Bt Cry 蛋白是農業中使用的最安全的殺蟲劑之一，並且有很多品種可以針對不同型別的昆蟲害蟲。由於 Cry 毒素是蛋白質，這意味著它們由基因編碼，科學家們意識到他們可以完全擺脫細菌。
就像我們可以在細菌中生產人類胰島素一樣，我們可以讓玉米（和其他植物）生產細菌 Cry 蛋白——科學家們也這樣做了。這種蛋白質主要在玉米葉子中產生，試圖以葉子為食的昆蟲會同時攝入 Cry 蛋白並死亡。這種蛋白質在玉米粒本身中表達不多，這實際上對於想要使用這些作物來阻止攻擊玉米穗的昆蟲的農民來說是一個問題，但這也意味著享用玉米棒子的人類也不會攝入太多。
因此，Cry 蛋白可以安全食用，它們在我們吃的食物中以非常低的水平表達，並且它們大量噴灑在有機作物上（並且已經使用了近一百年）。沒有理由認為玉米產生的 Cry 與細菌產生的 Cry 有任何不同——它們是相同的基因，所以它們是相同的蛋白質。
魚腥番茄
轉基因生物反對者經常提出的恐怖故事之一是一種透過基因工程改造以抵抗霜凍的番茄植物。冬季比目魚的血液中含有“防凍劑”，使其能夠在極冷的水域中生存。科學家們意識到，植物中的防凍劑將非常有用——霜凍損害每年導致農民損失數億美元的作物損失或生產力下降。
現在，我可以理解為什麼您食物中的防凍劑聽起來可能很可怕，但這並不是您汽車中使用的那種物質。魚中的防凍劑只是一種名為 AFA3 的蛋白質，正如您現在可能已經猜到的那樣，這意味著它由基因編碼。不幸的是，當這個基因被放入番茄時，它實際上並沒有提供太多的抗寒性，而且這些番茄從未上市，但我認為這是一個有益的例子——如果您可以食用比目魚而不會發生過敏反應，那麼您就可以食用這些番茄。
潛在的危害
有很多新的轉基因品種的例子，它們使用的蛋白質基因不像蘇雲金芽孢桿菌（Bt）那樣有100年的歷史，或者不像比目魚那樣通常被攝入。但基因工程並沒有什麼神奇之處——它只是關於蛋白質的。大多數蛋白質在我們的胃和小腸中很容易被破壞，分解成它們的組成氨基酸，並被吸收到我們的血液中，無論這些蛋白質來自牛、番茄還是細菌。我們的消化系統和免疫系統對它們的來源並不在意。
我們不可能聲稱在我們的食物中使用轉基因技術是零風險的，並且值得測試我們放入口中的任何新事物的安全性。安全測試當然是要做的，但要消除所有風險是不可能的。
但是，僅僅存在風險的可能性並不是迴避一項技術的正當理由。正如我上面提到的，誘變育種至少有可能產生新的過敏原，如果不是更多的話。至少對於基因工程來說，我們知道哪些基因正在被改變，並且我們有更好的工具來測試它們編碼的蛋白質。我們已經接受了許多有風險的技術，從微波爐到手機，而且這裡涉及的不僅僅是快速用餐或通訊。為了在不對環境造成（更多）不可彌補的損害的情況下養活地球上數十億人口，我們需要考慮所有的選擇。
還值得注意的是，正如Pamela Ronald兩年前在這個專欄中所寫的那樣
科學界普遍認為，目前市場上銷售的轉基因作物可以安全食用。經過14年的種植和累計種植的20億英畝土地，轉基因作物的商業化並未導致任何不利的健康或環境影響。
請注意：我不會在這裡回覆關於轉基因生物的無數其他投訴的評論——這是一篇關於過敏原的文章，但還有許多其他資源可以查閱
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* 並非所有基因都編碼蛋白質。還有像微RNA這樣的基因產物，但這些主要透過調節蛋白質的表達來發揮作用。
** 結果發現，並不完全相同。一些物種對程式碼進行了輕微的修改，但這更像是不同的方言，而不是不同的語言。
圖片：頂部：作者；Jessica Reuter；Dcastor；美國農業部。
更新 (2013年6月1日)：美國科學家聯盟（UCS）認為我在這裡歪曲了他們的立場。他們不反對基因工程技術本身，但（我在這裡轉述）認為它監管不足，並且資金和研究應該集中在其他技術上。請參見下面的評論以及他們的網站。