Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экология продуктов питания. Учебное пособие
.pdf
Потенциальная
опасность ГМ
культур
Пищевая
опасность
Изменение иммунно-
Гон адо- и эмбриотоксичность,
моделирующих свойств
тератогенность
Мута генность
Аллергенность
Изменение биологической
и пищевой ценности
Уст ойчи вос т ь
к вирусам
Усиление симптомов
заболевания
Образование нового вируса
Изменение структуры
Угроза
для окружающей
среды
оболочки вируса
Толерантность к гербицидам
Тол ера нт но ст ь к насекомым
Перенос
генов
Внедрение в пищевые цепи
Уст о йч иво с ть к антибиотикам
модифицированные культуры
Внедрение в негенно-
Внедрение в дикорастущие
виды растений
Рис. 22. Потенциальная опасность применения трансгенных культур
растений. Предполагается, что в перспективе удельный вес площадей
возделывания трансгенных культур в мировой структуре посевов составит по отдельным видам от 10 до 60 %. Кроме того, трансгенные
растения, устойчивые к вредителям и болезням, помогут снять остроту
проблемы продовольствия и сократить затраты на химические средства защиты. Более того, замена традиционного набора химических
средств
потенциально уменьшит опасность загрязнения окружающей
среды, а следовательно, обеспечит безопасность питания.
10.2. ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ
ИСТОЧНИКИ ПИЩИ
Первый ГМИ – устойчивый при хранении томат марки FlavrSavr
(Calgene, Inc., США) – появился на продовольственном рынке США в
1994 году после 10 лет предварительных испытаний. В последующие
годы в список ГМИ, разрешенных для использования в США, Канаде,
Японии и странах Европейского союза (ЕС), внесли кукурузу, картофель, сою, тыкву, папайю, сахарную свеклу. В 1999 году в России
была зарегистрирована первая генетически модифицированная соя линии 40-3-2 (Monsanto Co, США). К настоящему времени для использования в питании человека созданы и разрешены сотни ГМИ, число которых продолжает увеличиваться.
141
В результате трансгенной модификации растения становятся устойчивыми к гербицидам, инсектицидам, вирусам, приобретают новые
потребительские достоинства. При этом уменьшается количество применяемых гербицидов и инсектицидов, снижается их остаточное содержание в продукции, сокращается количество технологических операций при переработке, уменьшаются потери, повышается качество
продукции, экономятся денежные средства и материальные ресурсы.
Большое
значение приобретают новые технологии получения трансгенных сельскохозяйственных животных и птицы, направленные на повышение продуктивности и оптимизацию отдельных частей и тканей
туши (тушек). Это положительно влияет на качество и физико-химические свойства мяса, его технологичность и промышленную пригодность, особенно в условиях дефицита отечественного мясного сырья.
Возможность использования
специфичности и направленности интегрированных генов позволяет менять структуру и цвет мышечной
ткани, рН, жесткость, влагоудерживающую способность, степень и
характер жирности (мраморность), а также консистенцию, вкусовые и
ароматические свойства мяса после технологической обработки. С помощью генной инженерии можно не только добиться желаемых показателей, но и повысить приспосабливаемость животных к
окружающей
среде, получить устойчивость к заболеваниям, направленно изменить
наследственные признаки.
В области генной инженерии микроорганизмов большая часть исследований направлена на отбор продуцентов ферментов, витаминов,
антибиотиков, органических кислот и т. п.
Известны полученные с помощью генетически измененных бактерий ферменты, которые применяют при изготовлении сиропа из кукурузного крахмала, используемого
в производстве кондитерских изделий. Ферменты используют также при выпечке хлеба, при этом мука
осветляется, а хлеб становится более пышным. В Германии с помощью
генетически измененных микроорганизмов получены трансгенные
пектиназы для производства соков, причем доказано, что в готовых
соках и винах эти пектиназы отсутствуют.
Во многих странах (например, в странах Европейского
союза, Австралии, Новой Зеландии и др.) регистрация продуктов, полученных с
помощью таких «нетрадиционных» ферментов, обязательна.
142
10.3. ГЕННО-МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ОРГАНИЗМЫ:
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Основные задачи генной инженерии трансгенных растений в современных условиях развития сельского хозяйства довольно многообразны (табл. 27).
Таблица 27
Основные задачи генной инженерии растений
Направление Желаемые результаты
Получение гибридов
Рост и развитие
растений
Питание растений
Качество продукции
Устойчивость к
абиотическим факторам стресса
Устойчивость к
биотическим факторам стресса
Самонесовместимость
Мужская стерильность
Изменение габитуса растений – высоты, формы листьев
и корневой системы и др.
Изменение в цветении – строении и окраске цветков,
времени зацветания
Фиксация атмосферного азота небобовыми растениями
Улучшение поглощения элементов минерального пита-
ния
Повышение эффективности фотосинтеза
Изменение состава и/или количества сахаров
и крахмала
Изменение состава и/или количества жиров
Изменение вкуса и запаха пищевых продуктов
Получение новых видов лекарственного сырья
Изменение свойств волокна для текстильного сырья
Изменение качества и сроков созревания
или хранения плодов
Устойчивость к засухе и засолению почв, жароустойчи-
вость
Устойчивость к затоплению
Адаптация к холоду
Устойчивость к гербицидам
Устойчивость к кислотности почв и алюминию
Устойчивость к тяжелым металлам
Устойчивость к вредителям
Устойчивость к бактериальным, вирусным
и грибным болезням
143
На практике ситуация выглядит следующим образом: среди промышленно выращиваемых трансгенных растений доля устойчивых к
гербицидам составляет 74 %, устойчивых к вредителям – 17 %, устойчивых одновременно к гербицидам и вредителям – 8 %, устойчивых к
вирусным, бактериальным и грибным болезням – менее 1 %.
С использованием генов устойчивости к гербицидам уже получены
трансгенные соя, кукуруза, хлопчатник, картофель и т. д
.
В настоящее время создано множество трансгенных форм, устойчивых к насекомым, так называемые
руза. Специалисты и ученые полагают, что применение
Bt-растения – соя, хлопчатник, куку-
Bt-растений
принесет не только коммерческий, но и экологический эффект. Известно, что только 5 % внесенного инсектицида «срабатывает» по
назначению, остальные 95 % попадают в окружающую среду, уничтожая многие виды насекомых, в том числе и полезных. Сокращение же
объемов применения инсектицидов приведет к восстановлению популяций многих полезных насекомых, что, несомненно, положительно
скажется
на всех видах растительного и животного мира.
Примерами трансгенных растений, устойчивых одновременно к
гербицидам и насекомым, служат кукуруза и хлопчатник, устойчивые
как к «Раундапу», так и к кукурузному мотыльку и хлопковой совке.
Менее распространена пока группа трансгенных культур, устойчивых к бактериальным, вирусным и грибным болезням.
Одним из первых достижений в
защите растений методами генной
инженерии стало создание растений, устойчивых к вирусам. Один из
способов создания устойчивости к вирусам – это введение генов белков вирусной оболочки. В качестве примера данной группы растений
можно назвать табак.
Активно ведутся исследования по клонированию для данных рас-
тений генов устойчивости к
грибным болезням. Создан трансгенный
табак, несущий ген хитиназы фасоли. Такая культура практически не
поражается грибными болезнями даже в почве, зараженной грибом
Rhizoctonia solani. Получен также трансгенный картофель, несущий
ген стилбенсинтазы, устойчивый к фитофторозу и фузариозу.
Довольно перспективны исследования по созданию трансгенных
растений, устойчивых к абиотическим факторам. Расширяются работы
по получению трансгенных культур, устойчивых к
холоду.
Большое внимание уделяется созданию трансгенных растений для
пищевой и фармацевтической промышленности.
144
Проводятся также исследования по созданию трансгенных растений с заданным аминокислотным составом. В настоящее время клонированы гены запасных белков сои, гороха, фасоли, кукурузы и картофеля.
Перспективным направлением становится создание трансгенных
растений, несущих гены, кодирующие синтез вакцин против различных болезней. При потреблении сырых плодов и овощей, несущих та-
гены, происходит вакцинация организма. Очевидно, что такие съе-
кие
добные вакцины могут стать эффективным, простым и недорогим методом защиты людей и обеспечения безопасности в целом.
Переспективным направлением использования трансгенных растений является их применение для
фиторемедиации – очистки почв, вод
и других объектов от чужеродных загрязнителей внешней среды, в
частности тяжелых металлов и радионуклидов. Модифицированную
конструкцию бактериального гена, кодирующего белок, который переносит и детоксицирует ртуть, использовали для трансформации табака,
рапса, тополя. В гидропонной культуре растения с этим геном извлекали из водной среды до 80 % метилртути.
10.4. ГИГИЕНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
ЗА ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИЕЙ ИЗ ГМИ
Широкое использование продуктов или компонентов пищи, полученных из ГМИ, требует оценки их качества и безопасности.
В настоящее время беспокойство по поводу влияния новых продуктов на здоровье населения в одних странах носит более выраженный характер, чем в других, что обусловлено спецификой внутренней
политики разных государств. В США разрешена для
широкого использования целая группа продуктов. В странах ЕС действует разрешение
на ввоз и продажу только некоторых генетически модифицированных
продуктов: соевых бобов, томатов, картофеля и маиса.
В Российской академии сельскохозяйственных наук (РАСХН) разработаны технологии получения ряда генетически модифицированных
сельскохозяйственных культур. В связи с необходимостью проведения
оценки качества и безопасности
продуктов, полученных из ГМИ, в Институте питания РАМН разработаны соответствующие подходы и медико-биологические критерии оценки их качества и безопасности.
Предусматриваются три направления оценки ГМИ: медико-биоло-
гическая, медико-генетическая и технологическая экспертизы (табл. 28).
145
Таблица 28
Комплексная оценка пищевой продукции, полученной из ГМИ
Направление
оценки ГМИ
Медико-генетическая
оценка
Технологическая
оценка
Медикобиологическая
оценка
Характеристика вносимой последовательности генов
Характеристика регуляторных последовательностей
Эффекты выражения других генов
Стабильность ГМИ и влияние на окружающую среду
Органолептические и потребительские свойства
Функционально-технологические параметры
Химический состав: показатели качества
и безопасности
Биологическая ценность и усвояемость в экспериментах на лабораторных животных
Токсикологические характеристики в экспериментах
на лабораторных животных
Аллергенные свойства
Мутагенное действие
Иммуномодулирующие свойства
Влияние на репродуктивную функцию (гонадо-, эм-
бриотоксическое, тератогенное действия)
Характеристика
После проведения комплексной оценки продукции дается заключение о ее качестве и безопасности, рассматривается вопрос о регистрации и выдается разрешение на широкое применение для пищевых целей (если оценка положительная), проводится генетический мониторинг. Срок действия регистрационного удостоверения – до трех лет,
при перерегистрации – до пяти лет. Сведения о регистрации пищевой
продукции заносятся в Федеральный Реестр.
Пищевая продукция, содержащая или полученная из ГМО, должна
иметь на этикетке следующие характеристики: состав, питательная
ценность, особенности влияния на здоровье. Кроме того, следует указывать, какие именно ингредиенты или добавки были получены из
ГМО. В случае если на этикетке нет точного перечня ингредиентов, то
должно
быть указано, что продукт содержит ГМ ингредиенты или до-
бавки.
Для пищевой продукции, полученной с применением ГМО, в том
числе не содержащей дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и белок,
146
должна быть приведена формулировка «Генетически модифицированная продукция» или «Продукция, полученная из генно-модифицированных организмов», или «продукция содержит компоненты генномодифицированных организмов». Для пищевой продукции, полученной
из генно-модифицированных микроорганизмов (бактерий, дрожжей и
мицелиальных грибов, генетический материал которых изменен с применением методов генной инженерии) (ГММ) или с их использованием
обязательно определение:
для содержащих живые ГММ – «Продукт содержит живые ген-
но-модифицированные микроорганизмы»;
для содержащих нежизнеспособные ГММ – «Продукт получен с
использованием генно-модифицированных микроорганизмов»;
для освобожденных от технологических ГММ или для получен-
ных с использованием компонентов, освобожденных от ГММ – «Продукт содержит компоненты, полученные с использованием генномодифицированных микроорганизмов».
Продукты, содержащие не более 0,9 % ГМ ингредиентов, не подвергаются специальной маркировке. В случае если изготовитель при
производстве пищевой продукции не использовал ГМО, содержание в
пищевой продукции
0,9 % и менее ГМО является случайной или технически неустранимой примесью, и такая пищевая продукция не относится к пищевой продукции, содержащей ГМО. В маркировке пищевой
продукции сведения о наличии ГМО не указываются в отношении использованных технологических вспомогательных средств, изготовленных из или с использованием ГМО.
В США к этой
проблеме относятся по-другому: если пищевая продукция признана безопасной, то в специальной маркировке она не
нуждается.
В последние годы особое внимание исследователей привлекает
проблема идентификации ГМИ среди новых продуктов, полученных с
использованием методов генной биотехнологии. Ряд экспертов предлагают ориентироваться на содержание в новом продукте рекомбинантной ДНК и (или
) детерминированного ею белка. При отсутствии
ДНК или протеина в силу особенностей композиционного состава либо разрушения этих веществ в технологическом процессе, а также при
малых их количествах в конечном продукте, сравнимых с погрешностью используемых методик, предлагается не подвергать ГМИ
оценке на безопасность. К таким (не содержащим ДНК и белок)
про-
дуктам относятся пищевые и ароматические добавки, рафинированные
147
,
масла, модифицированные крахмалы, мальтодекстрин, сиропы глюкозы, декстрозы и т. д.
В зависимости от вида генно-модифицированных источников российские специалисты предлагают осуществлять идентификацию по
схеме, показанной на рис. 23.
Методы идентификации ГМИ
Химические Иммуноферментный
В случае изменения
химического состава
Рис. 23. Методы идентификации в зависимости от вида трансгенной
Модифицированный
белок
продукции
Полимеразная цепная
реакция
Трансгенная ДНК
Аналитические и экспериментальные исследования указывают на
возможные нежелательные последствия генно-инженерной биотехнологии: аллергенные, токсические и антиалиментарные проявления, а
также влияние на технологические и внешние потребительские свойства готового продукта на основе ГМИ. Первопричина таких последствий – рекомбинантная ДНК и возможность на ее основе экспрессии
новых, не присущих данному виду растениеводческой
продукции белков. Именно новые белки могут самостоятельно проявлять или индуцировать аллергенные свойства и токсичность ГМИ. Но подавляющее
большинство новых ГМИ не обладает аллергенностью и токсичностью.
Нежелательным эффектом ГМИ стала возможность трансформации
переносимого генетического материала. При этом могут отмечаться
проявления нескольких генетических элементов: генов-промоторов,
сигнальных пептидных генов,
структурных генов и терминаторов, ко-
торые комплексно используются в генно-инженерной практике.
Нет единого мнения о целесообразности и безопасности применения так называемых маркерных генов. По замыслу биотехнологов, они
необходимы для точной идентификации переносимого структурного
гена и представляют собой бактериальные гены резистентности к известным антибиотикам (канамицин, стрептомицин). Большинство ав-
едины в оценке безопасности маркерных генов для человека и
торов
148
считают, что их количества, высвобождаемые в желудочно-кишечном
тракте, ничтожно малы (0,33…1 пг) по сравнению с общей массой разнообразных эукариотических ДНК (200…500 мг) в кишечнике. И в
силу этого они не способны отрицательно повлиять на здоровье человека. Установлено, что маркерные гены не обладают прямой токсичностью, не участвуют в горизонтальном переносе
генетического материала, не оказывают многочисленных побочных эффектов, а кодируемый ими белок не проявляет аллергенных и токсических свойств и не
влияет на клеточные обменные процессы.
В число
основных метаболических показателей, требующих обяза-
тельного изучения в рамках гигиенической экспертизы, необходимо
включать:
активность ряда ферментов, позволяющих оценить общее орга-
носпецифическое действие ГМИ;
общую и неседиментируемую активность ферментов лизосом,
отражающих состояние структур мембран клетки; активность ферментов микросомального окисления и других ферментов метаболизма ксенобиотиков и антиоксидантной ферментной системы, определяющих
функциональное состояние основных клеточных защитно-адаптационных механизмов.
При оценке ГМИ необходимость использовать параметры, отражающие характер адаптации организма к внешним условиям, обусловлена
высокой неспецифической чувствительностью анализируемых
систем к любому ксенобиотическому воздействию.
10.5. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГМИ
В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ
Методы определения ГМИ в продуктах питания базируются на
идентификации рекомбинантной ДНК с использованием различных
модификаций метода полимеразной цепной реакции (ПЦР).
Основы метода полимеразной цепной реакции
За разработку метода ПЦР биохимику Кэри Мюллисоу (фирма
Cetus, США) в 1993 году была вручена Нобелевская премия. В насто-
ящее время ПЦР-технологии широко используются как в научных исследованиях, так и при проведении лабораторной диагностики в здравоохранении, системах санитарно-эпидемиологического и ветеринарного надзора (генотипирование, диагностика инфекционных заболеваний, определение
ГМО и т. д.).
149
В основе метода ПЦР как инструмента лабораторной диагностики
лежит обнаружение небольшого фрагмента ДНК, специфичного для
определяемого организма, с использованием полимеразной цепной реакции для накопления искомого фрагмента.
Методика проведения анализа с использованием метода ПЦР
включает три этапа:
1)
выделение ДНК из материала пробы;
2)
амплификация специфических фрагментов ДНК;
3)
детектирование продуктов амплификации.
Выделение ДНК. На данной стадии проведения анализа исследуе-
мый образец подвергается специальной обработке, в результате которой происходит:
лизис клеточного материала;
очистка от веществ, ингибирующих полимеразную цепную ре-
акцию (полисахариды, липиды, жирные кислоты, белки и т. д.);
выделение чистого препарата ДНК, свободного от ингибиторов
ПЦР и готового для дальнейшей амплификации.
Амплификация специфических фрагментов ДНК. На этой стадии
происходит накопление коротких специфических фрагментов ДНК в
количестве, необходимом для их дальнейшего обнаружения.
В основе амплификации лежит естественный процесс многократного увеличения числа копий специфического участка ДНК, катализируемый ферментом ДНК-полимеразы. Этот процесс комплементарного
достраивания ДНК матрицы также называется репликацией ДНК.
Материалом для синтеза новых цепей
ДНК служат добавляемые в
раствор дезоксинуклеотидтрифосфаты (дНТФ). Процесс синтеза катализируется ферментом – термостабильной ДНК-полимеразой (Taqполимеразой) и происходит при температуре 70…72 °С. Время протекания синтеза – 20…40 с. Для получения достаточного количества копий
искомого характеристического фрагмента ДНК проводят 20…40 циклов
амплификации.
Детектирование продуктов амплификации. На данном этапе
проводится анализ смеси продуктов ПЦР с целью их идентификации.
Используются различные методы, в том числе:
классический метод горизонтального электрофореза в агарозном
геле;
метод вертикального электрофореза в полиакриламидном геле;
метод гибридизационных зондов;
ПЦР «в реальном времени».
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]