Биологическая безопасность продуктов питания

Различают ихтиотоксины, ихтиокринотоксины и ихтиохемотоксины.

Ихтиотоксины - это токсины, содержащиеся в органах воспроизводства рыб - икре и молоках. Таких рыб известно более 50 видов. Яд, содержащийся в икре рыб - маринок, усачей и османов, - ципринидин.

Ихтиокринотоксины - это токсины, вырабатываемые кожными железами или отдельными клетками некоторых видов рыб. Как правило, эти токсины имеют горький вкус, токсичны для других рыб и обладают гемолитическим действием. К таким рыбам относят каменных окуней, мурен и т. д.

Ихтиохемотоксины - это токсины, содержащиеся в сыворотке крови рыб - большеголова атлантического, сельдевых рыб, анчоусов, тунцов, морского и пресноводного угря.

Отравление наступает, как правило, при приеме с пищей больших количеств свежей крови этих рыб. Причиной являются токсины аминной и пептидной природы - куботоксин, гистамин, путресцин, кадаверин, спермидин и др. Мясо тунца, в частности, богато аминокислотой гистидином, которая путем декарбоксилирования превращается в физиологически активный амин гистамин, вызывающий аллергические реакции: отеки и покраснение лица и шеи, головокружение и тахикардию. Установлено, что в мясе таких рыб может содержаться до 350 мг гистамина на 100 г мяса, что превышает допустимую концентрацию в 100 раз.

Интоксикация сигуатера. Сигуатера - это название обычно нелетального пищевого отравления, вызываемого рифовыми рыбами в тропических и субтропических странах. Однако этот термин неточен.

В настоящее время известно более 400 видов сигуатоксичных рыб. Ежегодно множество людей заболевает после отравления такой рыбой. Было зарегистрировано, что из 4 497 случаев отравления сигуатоксической рыбой, 542 случая привели к смертельному исходу. Действительное число случаев таких отравлений неизвестно, так как сигуатера не подлежит учету и многие врачи неправильно диагностируют это заболевание. По симптомам оно сходно с отравлением фосфорорганическими веществами.

Заболевание вызывается токсином, происхождение которого до настоящего времени точно неизвестно. Предполагают; что его вырабатывают придонные синезеленые водоросли. Косвенным подтверждением этого предположения является то, что большинство сигуатоксичных рыб обитают вблизи дна или, если они хищные, питаются придонной рыбой. Установлено, что сигуатера вызывается не одним соединением. Выделено несколько токсичных веществ, включая растворимый в липидах токсин (сигуатерин), водорастворимый токсин (сигуатоксин) и токсин с высокой молекулярной массой (мейтотоксин). Структура этих токсинов неизвестна. Однако разработаны методы их определения в рыбе и рыбных продуктах.

В связи с этим, а также с тем, что токсины стабильны при замораживании и кипячении, разработаны правила для предупреждения отравления: рекомендуется не употреблять те виды рыб, которые опасны в определенной местности; внутренние органы, особенно печень; крупную и старую рыбу, которая с возрастом становится более сигуатоксичной.

Скомброидное отравление. Самое большое количество отравлений продуктами моря вызывается токсинами, образуемыми при бактериальном разложении из-за неправильного хранения рыбы. Этот тип отравления называется скомброидным.

Бактериальное разложение тканей тунца, макрели, сардин, анчоусов и других рыб создает высокий уровень концентрации гистамина (2 000. .. 5 000 мкг/г) до появления первых внешних признаков ее порчи. Однако причину скомброидного отравления нельзя объяснить только лишь избыточной концентрацией гистамина. Некоторые люди выдерживают большие количества чистого гистамина (около 180 нг) без вредных последствий. По всей вероятности, причина скомброидного отравления другая, которая до настоящего времени неизвестна.

Алъготоксины. Альготоксины - это токсины сине-зеленых водорослей Суапоphyta.

Они обитают во внутренних пресноводных водоемах нашей страны. Массовое размножение сине-зеленых водорослей, известное как «цветение воды», - явление экологического характера, однако оно имеет важное биологическое и медицинское значение. Развитие сине-зеленых водорослей приводит к накоплению в теле многих гидробионтов и окружающей водной среде сильнодействующих токсических веществ, продуцируемых ими. Альготок-сины аккумулируются в водной экосистеме, иногда подвергаясь трансформации и сохраняя при этом токсичность.

Вторым звеном в цепи аккумуляции и передачи альготоксинов являются моллюски и рыбы, далее присоединяются теплокровные наземные животные и человек. Известны также отравления травоядных (домашний скот) на водопое при попадании в пищеварительный тракт как фитопланктона, так и самой воды. Определенную опасность представляет загрязнение альготоксинами водоснабжения и водозаборов. Отравление может произойти при купании во время цветения воды.

Масштабы этих явлений могут быть достаточно большими, так как во время цветения воды развивается значительная биомасса (более 100...200 г/л) и увеличивается численность (миллионы клеток на 1 л) сине-зеленых водорослей.

Токсичные свойства сине-зеленые водоросли приобретают из-за присутствия в них таких токсичных соединений, как анатоксин, неосакситоксин, сакситоксин, микроцистин, L-лейцини и R-аргинин (так называемый токсин LR). Последние токсины особенно опасны, их называют иногда в литературе фактором быстрой смерти.

Отравление сине-зелеными водорослями может протекать в нескольких клинических формах, в том числе желудочно-кишечной, кожно-аллергической, мышечной и смешанной.

При попадании токсинов сине-зеленых водорослей в водопроводную сеть возможны вспышки эпидемического токсического гастроэнтерита, протекающего по типу дизентирио- или холероподобного заболевания.

В особую форму выделяют «юксовско-сартланскую болезнь» обычно развивающуюся после употребления в пишу инфицированной сине-зелеными водорослями рыбы (щуки, судака, налима, окуня и др.).

Для профилактики отравлений рекомендуется длительное кипячение воды, фильтрация ее через активированный уголь, на водопроводных станциях - озонирование. Следует отметить, что основной показатель загрязнения воды альготоксинами - сильный рыбный запах. Следовательно, употреблять рыбу из такого водоема не безопасно. В системе профилактических мероприятий ведущее место занимает также постоянный микробиологический контроль качества воды.

2.3 Трансгенные продукты

2.3.1 Генная инженерия и проблемы безопасности

Достижения генной инженерии совсем недавно казались фантастикой, но реальные воплощения ее результатов в практическую деятельность человека превзошли все ожидания. Очевидные результаты использования генно - инженерных решений в медицине, сельском хозяйстве и в пищевой промышленности доказали огромные возможности улучшения, преобразования и создания новых объектов человеческой деятельности, но еще больше они открыли перспектив для реализации этой деятельности.

Это молодая, но уже окрепшая область научных изысканий создала мощный фундамент развития отраслей народного хозяйства.

Первоначально к генетической инженерии относили работы только с отдельными молекулами ДНК или генами. В настоящее время понятие «генетическая инженерия» расширено и в ней выделено два раздела: генная инженерия и геномная инженерия.

Генная инженерия (или трансгеноз) методами in vivo и in vitro решает задачи введения в геном реципиентной клетки одного или нескольких чужеродных генов либо создания в геноме новых типов регуляторных связей. При этом видовая принадлежность реципиентных организмов не меняется, но появляются не свойственные им признаки.

Геномная инженерия связана со всей генетической программой организма, и перед ней стоят задачи более глубокого вмешательства в геном, вплоть до создания новых видов организмов.

Остановимся лишь на общих подходах в получении и применении генно-модифицированных объектов в технологии пищевых продуктов.

Общие подходы. Генная инженерия в самом широком смысле слова -это рекомбинация in vitro, и суть ее заключается в конструировании организмов с заданными свойствами путем целенаправленных операций над молекулами или структурами, несущими генетическую информацию. При этом видовая принадлежность организмов не меняется, но появляются не свойственные им признаки.

Генная инженерия возникла не вдруг, а имеет богатую предысторию. Своими корнями она уходит в период развития методов классической генетики (1900-1940). В этот период с помощью количественного анализа, введенного Г. Менделем, и работ по изучению законов поведения наследственных признаков удалось сформулировать основное понятие об единице наследственности - гене. Однако материальная природа генов оставалась до середины столетия неизвестной, а генетические методы в этот период носили чисто формальный характер.

С введением микроорганизмов в практику генетики (начало 40-х годов XX в.) увеличилась разрешающая способность генетического анализа и появилась возможность взглянуть на наследственность и изменчивость с химической точки зрения.

В этот период были заложены основы для возникновения генной инженерии как науки, было показано, что материальной основой наследственности и изменчивости являются молекулы ДНК, постулирована двухцепочечная структура ДНК, доказано, что наследственная информация, содержащаяся в ДНК, кодируется последовательностью пар оснований. Открыта и - РНК и доказано, что она содержит информацию, определяющую порядок расположения аминокислотных остатков в белках, установлено, что ген не только кодирует структуру определенного продукта, но и регулирует процесс его синтеза. Полностью расшифрован генетический код и обнаружены элементы, управляющие действием генов, промоторы, операторы, терминаторы транскрипции и трансляции. Энзимологи обнаружили разнообразные ферменты матричного синтеза.

В конце 60-70-х годов XX в. получили распространение исследования нуклеиновых кислот методами in vitro, позволившие синтезировать, выделять и перемещать гены. Так, в 1969 г. Дж. Беквиту с сотрудниками удалось выделить лактозный оперон Е. coli в чистом виде. В эти же годы Г. Корана впервые химическим путем синтезировал ген аланиновой т-РНК дрожжей. В свою очередь, значительных успехов достигли эмбриологи при работе с зародышевыми клетками животных.

Стало понятным, что если есть эмбриональные клетки и «чистые» гены, то появляется возможность заменить определенные дефектные гены полноценными, т. е. осуществить генную терапию. На рубеже 70-х годов были созданы условия для перехода от анализа генов к их синтезу, от изучения генетической природы организмов к их переделке. Вскоре ученые пришли к выводу, что наиболее реальной является задача конструирования бактерий с не свойственными им признаками, в том числе высокоэффективных штаммов промышленных микроорганизмов.

В 1973 г. С. Коэном было обнаружено, что фрагменты ДНК с «липкими концами» можно получить обработкой ДНК рестрикционными эндонуклеазами. В плазмиду ДНК были встроены фрагменты чужеродной ДНК, в результате чего получены химерные плазмиды. В результате проведенных исследований было доказано, что их можно ввести обратно в клетки бактерий в функционально активном состоянии, т. е. клонировать. В последующие годы была продемонстрирована принципиальная возможность клонирования фрагментов ДНК в бактериях любого гена, было сформулировано представление о векторных молекулах, разработаны новые методы объединения фрагментов ДНК in vitro, выявлены основные закономерности экспрессии генов в чужеродном окружении.

Генная инженерия позволяет решать важнейшие для человека задачи:

повышать эффективность отдельных генов у продуцентов, изменив или интенсифицировав их функции, что улучшает биосинтетическую деятельность штамма, например без введения новой генетической информации, а модифицируя его собственную;

выделять конкретный ген, отвечающий за синтез того или иного белка, и получать мутации;

получать мутации промоторов, от которых зависит активность генов; вводить усилители активности промоторов (энхансеры);

создавать штаммы микроорганизмов, утилизирующие отходы различных производств; продукты переработки нефти, биологически активные вещества (ксенобионты), создаваемые человеком; другие загрязнители окружающей среды, стимулируя тем самым развитие безотходных технологий;

улучшать свойства штаммов, внося в неспаривающиеся микроорганизмы половые плазмиды, обеспечивающие спаривание и обмен генетической информацией;

вносить в клетки микробов гены других групп организмов и получать продукты этих генов;

создавать новые белки, конструируя новые гены путем их синтеза или клонирования.

Генная инженерия достигла существенных результатов при решении прикладных задач. Например, в лаборатории Г. Бойера (США, 1977 г.) впервые удалось заставить бактериальную клетку производить животный гормон - соматостатин, выход которого составил 10 тыс. молекул на клетку. Из 100 г биомассы бактерий, выращенных в 8 дм3 среды, удалось выделить 5 мг соматостатина - столько же, сколько выделяют из 100 овечьих мозгов. Так, в США была создана первая генно-инженерная компания (Genentech) для производства медицинских препаратов с использованием методов рекомбинантных ДНК, а с 1980 г. начато строительство первого предприятия (в г. Стренгнесе) для промышленного производства генно-инженерного инсулина.

К настоящему моменту в клетках Escherichia coli клонировано большое многообразие генов различных организмов, в том числе генов человека. Для многих из них осуществлена экспрессия. Эта возможность использована для получения видоспецифических продуктов (инсулина, интерферонов, гормона роста), а также белков - антигенов тех вирусов, которые слабо размножаются или не размножаются совсем в клеточных культурах (вирус гепатита В, гриппа, ящура, SV40).

Генная инженерия и возникшее на ее основе новое направление биотехнологии, несомненно, стали мощным средством воздействия человека на окружающую среду и самого себя.

Открытие ферментов - рестриктаз, «разрезающих» молекулу ДНК толщиной в одну миллионную миллиметра на маленькие кусочки, словно ножницы, было сделано швейцарским биохимиком Вернером Арбером в 60-х годах XX в. Спустя десятилетие американцы Герберт и Бойер установили способность рестриктаз разрезать ДНК только в определенных местах. В этот же период стали известны ферменты лигазы, склеивающие «разрезанные» участки. Вооружившись багажом знаний своих предшественников, С. Коэн и Г. Бойер в 1973 г. приступили к первым опытам с рекомбинантной ДНК. В 1978 г. был получен первый результат: «сконструированный» в пробирке из фрагментов ДНК ген инсулина человека был встроен в разрезанные кольца плазмид бактерий, после чего плазмиды вернули обратно в бактерию, которая начала интенсивно синтезировать инсулин человека.

Получение рекомбинантных ДНК. Генетическая инженерия сводится по существу к процессу получения рекомбинантных ДНК, содержащих, помимо набора природных генов, присущего «хозяйской» ДНК, «чужой» ген или гены, взятые из другой ДНК. Метод получения рекомбинантных ДНК состоит из нескольких этапов:

а) выделение ДНК из клеток организма (получение генетического материала);

б) получение гибридных (рекомбинантных) молекул ДНК путем
встройки в исходную ДНК «чужого» гена, выделенного из другой ДНК или
полученного химическим синтезом;

в) введение рекомбинантной ДНК в живую клетку (бактерий, дрожжей,
растительных или животных клеток, клеток человека);

г) создание условий для проявления (экспрессии) генов рекомбинантной ДНК в живой клетке и секреции нового продуцента, кодируемого «чужим» геном.

На рис. 2.1 показана схема получения рекомбинантных ДНК и рекомбинантных штаммов микробов. Из рис. 2.1 видно, что клонированный (т.е. выделенный из ДНК клетки) природный или химически синтезированный ген целевого продукта (например, инсулина, интерферона) встраивается в ДНК (например, в плазмиду какой-либо бактерии или в ДНК вируса) после расщепления ДНК с помощью ферментов рестриктаз. Вставленный в расщепленную ДНК ген «сшивается» с этой ДНК с помощью ферментов лигаз. Полученная рекомбинантная ДНК бактерий или вируса затем вводится в эту же микробную клетку или вирусную частицу, из которой была взята, и таким образом получают ре-комбинантный штамм бактерий или вирусов.

ДНК 2 плазмида

химически синтезированный ДНК 2 (вектор) (плазмида с целевым геном) целевой ген

Рис. 2.1. Получение рекомбинантных ДНК и рекомбинантных штаммов микроорганизмов (генетическая инженерия)

При культивировании рекомбинантного штамма в процессе роста и размножения этот штамм синтезирует не свойственный ему продукт, кодируемый встроенным чужеродным геном (например, инсулин, интерферон). На этом принципе в настоящее время получены сотни рекомбинантных штаммов бактерий, дрожжей, вирусов, способных продуцировать разнообразные биологически активные вещества: антигены, антитела, ферменты, гормоны, иммуномодуляторы и др. Технология получения биологически активных веществ, основанная на применении рекомбинантных штаммов, по существу не отличается от типовой биотехнологической схемы. Она сводится к культивированию рекомбинантного штамма, выделению синтезируемого штаммом целевого продукта, его очистке и концентрированию и созданию конечной формы препарата.

В настоящее время уже разработаны сотни медицинских препаратов, полученных на основе генетической инженерии. Многие из них внедрены в практику и применяются в медицине. Это гормоны (инсулин и гормон роста человека), антикоагулянты и тромболитики (тканевой активатор плазминогена, факторы VIII и IX), вакцины («дрожжевая» вакцина против гепатита В), им-муномодуляторы (интерфероны а, р и у, интерлейкины 1, 2 и др., фактор некроза опухолей, пептиды тимуса, миелопептиды), ферменты (уреаза), ангиоге-нин, диагностические препараты (на ВИЧ-инфекцию, вирусные гепатиты и др.), моноклопальные антитела, колониестимулирующие факторы (макрофагальный, гранулоцитарный и др.), а также многие биологически активные пептиды.

Применение генетической инженерии в биотехнологии оправдано в тех случаях, когда: а) нужное вещество невозможно получить никаким другим способом; б) если технология эффективнее и экономичнее традиционной или в) если она более безопасна для человека и окружающей среды. Например, антигены для создания вакцин против некультивируемых микроорганизмов (плазмодий малярии, возбудитель сифилиса) можно получить только генно-инженерным способом. Генно-инженерный интерферон превосходит по активности интерферон, полученный из лейкоцитов крови, и значительно дешевле последнего. Приготовление препаратов из антигенов возбудителей особо опасных инфекций (чума, холера) можно заменить биосинтезом их рекомбинантными штаммами непатогенных бактерий.

Практические аспекты генной инженерии. Цель генной инженерии -

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

получение клеток (в основном бактериальных), обладающих высокой генеративной и биосинтетической способностями, которые в промышленном масштабе могут продуцировать вещества, необходимые человеку.

Развитие генной инженерии создало принципиально новую основу для конструирования последовательности ДНК, необходимой для практической деятельности человека.



Рис. 2.2. Опухоли на стеблях табака

Для внедрения чужеродной ДНК в геном растений существуют следующие методы:

агробактериальная трансформация;

электропорация;

микроинъекция ДНК;

агроинфильтрация;

бомбардировка микрочастицами;

* использование вирусных векторов. Весьма широко применяется метод, основанный на способности агробактерии Agrobacterium Рис. 2.3. Опухоли turnefaciens (пищевая бактерия, вызывающая опухоли растений) встраивать участки своей ДНК в растения, после агробактериями чего пораженные участки начинают очень быстро

делиться, и образуется опухоль (рис. 2.2, 2.3). Сначала ученые получили штамм этой бактерии, не вызывающей опухолей, но не лишенной возможности вносить свою ДНК в клетку. В дальнейшем нужный ген сначала клонировали в агробактерии, а затем заражали уже этой бактерией растение. В результате инфицированные клетки растения приобретали нужные свойства, а вырастить целое растение из одной его клетки сейчас не проблема.

Используя успехи в области экспериментальной эмбриологии, был разработан метод введения искусственно созданных генов в ядра яйцеклеток или сперматозоидов. В результате появилась возможность получения трансгенных животных, т. е. животных, несущих в своем геноме чужеродные гены.

Эксперименты по клонированию животных впервые осуществили в 50-х годах XX в. американские эмбриологи Р. Бриге и Т. Кинг, которые пересадили в яйцеклетку лягушки ядро зрелой клетки, предварительно удалив из яйцеклетки собственное ядро. В России подобные опыты несколько ранее проводил Г. Лопашев, но результаты их не были опубликованы, так как генетика считалась в то время в СССР лженаукой.

Термин «клонирование» (от греч. «klon» - ветвь, побег) означает точное воспроизведение живого объекта в одной или нескольких копиях, притом это может быть:

получение идентичных копий фрагментов ДНК (клонирование фрагментов ДНК);

получение группы клеток с одинаковым генотипом (клонирование клеток взрослого организма).

Исследователи работают над созданием растений, устойчивых к различного рода заболеваниям благодаря введенному в их генотип специфическому гену; стремятся избавить человечество от неизлечимых генетических болезней.

Из бактерий Escherichia coli получают соматотропин - гормон роста человека. До 1980 г. его получали из гипофизов, выделенных из трупов. Соматотропин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Недостаток гормона роста в организме приводит к карликовости. Полученный из клеток бактерии соматотропин свободен от вирусных загрязнений, чист биохимически, экономически доступен, и его можно получать в любых количествах.

Способы модификации ДНК и перенос ее из одного организма в другой позволили осуществить биосинтез инсулина человека в клетках Escherichia coli, получить интерферон (против вирусной инфекции, опухолей), создать новые виды вакцин (против гепатита, сифилиса, ящура животных).

Голландские ученые заявили, что они могут создать искусственное мясо в лабораторных условиях. При этом не придется убивать ни одного живого существа. Ученые планируют использовать тот же метод, которым пользуются при производстве искусственной кожи. По их мнению, можно получить мясо массой 50 кг в больших контейнерах.

Мясо можно производить, используя коллагены и клетки мышечной ткани, полученные от доноров (животных). При этом последним не будет причинен какой-либо вред. Мышечная ткань затем будет выращиваться на коллагене.

Вместимость контейнеров при этом должна быть более 5000 л, где мясо будет расти в специальном растворе, который состоит из 62 ингредиентов, включая 20 аминокислот, 12 витаминов и разнообразные ферменты. Конечный продукт будет иметь структуру и вкус постного мяса, но, самое главное, по словам исследователей, не будут страдать животные. Голландские ученые заявляют, что свинина, говядина и мясо цыпленка могут быть получены искусственным путем, для любителей мяса экзотических животных без проблем можно вырастить мясо кенгуру, кита или различных моллюсков.

2.3.2 Трансгенное сырье: особенности использования и контроля

С ростом населения Земли увеличивается производство пищевых продуктов, к тому же за право использования продуктивных земель с сельским хозяйством соперничают урбанизация и индустриализация. Ожидается, что к 2020 г. Китаю потребуется импортировать такое количество зерна, которое эквивалентно общему объему его производства в США в 1999 г. Африка, где в настоящее время средняя урожайность кукурузы составляет одну треть, а сладкого картофеля - меньше половины среднего мирового показателя для этих культур, импортирует 25 % потребляемого ею зерна. Второй проблемой является непредсказуемый и неконтролируемый характер болезней сельскохозяйственных культур, особенно в развивающихся странах.

Произошедшая в 60-70-х годах XX в. «зеленая революция» в производстве хлебных злаков позволила утроить мировые запасы продовольствия благодаря улучшению сортов сельскохозяйственных культур и применению агрохимикатов (удобрений и пестицидов). Однако во всем мире величина потерь выращенного урожая из-за сорняков, болезней и вредителей сопоставима с объемами сельскохозяйственного производства в Европе 500 лет назад. После достигнутого в 80-х годах пика урожайности зерновых культур их продуктивность падает в связи с истощением плодородия почв при многопольной системе севооборота и снижением эффективности химических средств защиты растений. Дальнейшее повышение урожайности многих ныне существующих сортов сельскохозяйственных культур за счет обычной селекции представляется маловероятным. Увеличить сельскохозяйственное производство можно либо за счет расширения посевных площадей, либо путем интенсификации производства на землях, уже находящихся в севообороте. Первый путь нежелателен, принимая во внимание необходимость охраны и рационального использования земельных и природных ресурсов, так что единственно правильным решением проблемы увеличения производства пищевых продуктов остается увеличение продуктивности на единицу площади. Технология продуктов питания, полученных путем генетической модификации, имеет чрезвычайно большое значение для увеличения производства продуктов питания и улучшения экологической обстановки.

Для ответа на вопрос, представляют ли полученные путем генетической модификации пищевые продукты опасность для человека по сравнению с традиционными, в первую очередь следует остановиться на показателях безвредности традиционных продуктов питания.

Степень безопасности пищевого продукта, полученного из генетически модифицированного организма, определяется на основании результатов сравнения данного продукта с наиболее сходным с ним продуктом, безопасность использования которого доказана временем. Такой подход получил название концепции существенной эквивалентности, которая является исходной точкой при оценке безопасности генетически модифицированного продукта. Эта концепция разработана совместно несколькими независимыми международными организациями, а также специально созданными группами экспертов.

Существенная эквивалентность или ее отсутствие устанавливаются для того, чтобы определить, по каким методикам необходимо проводить оценку безопасности продукта. Такой подход подразумевает, что целью оценки не может быть установление абсолютной безопасности. Важным является вывод, что если пищевой продукт, полученный методом генетической модификации, является существенно эквивалентным, то он так же безопасен, как и соответствующий ему обычный пищевой продукт.

Чтобы установить, является ли новый вид пищевых продуктов существенно эквивалентным, необходимо провести подробное сравнение этого пищевого продукта с его обычным аналогом, т. е. с наиболее сходным существующим пищевым продуктом или ингредиентом. Для этого, кроме общих характеристик, необходима информация о генетическом фоне организма, источнике переносимого гена (генов) и функции гена (генов), подвергшегося модификации. Например, для растений, культивируемых с целью получения белка или муки, основным требованием будет определение аминокислотного состава белков, а для масличных культур - идентификация жирных кислот. Поскольку в масличном рапсе известными токсикантами являются некоторые глюкозинолаты, минимальным требованием при определении существенной эквивалентности является сравнение четырех основных алкилглюко-зинолатов, в то время как в сое необходимо определить содержание восьми других антипитательных веществ.

Кроме того, необходимо также учитывать способы технологической обработки, которым подвергался пищевой продукт, его роль в рационе питания, а также те продукты, которые предполагается заменить, и вероятные уровни их потребления. В некоторых случаях технологическая обработка устраняет различия между пищевым продуктом, полученным методами генетической модификации, и его аналогом, даже когда генетически модифицированная культура и ее обычный аналог, из которого получен этот продукт, могут не быть существенно эквивалентными. Например, новый ген (допустим, обеспечивающий защиту от насекомых) и его генный продукт - белок могут присутствовать в генетически модифицированном растении, однако полученное из него масло высокой степени очистки не будет содержать ни ДНК, ни белка. Если, кроме того, идентификация жирных кислот и других характерных компонентов, присутствующих в рафинированном масле, не выявляет никаких различий, масло, полученное из генетически модифицированной культуры, будет считаться существенно эквивалентным.

Основной проблемой при проверке на эквивалентность является огромное разнообразие пищевых продуктов и рационов питания. Большинство пищевых продуктов как растительного, так и животного происхождения представляют собой сложные смеси ингредиентов, состав которых варьирует в весьма широком диапазоне даже между сортами одной и той же культуры, а также в зависимости от условий культивирования, уборки и хранения урожая. Кроме того, существенные изменения в химическом составе продуктов вызывает технологическая обработка.

При этом наряду с имеющейся достаточно подробной информацией о качественном и количественном составе основных макро- и микронутриентов пищевых продуктов и натуральных токсикантов, сравнительно мало известно о гораздо большем числе второстепенных, особенно непищевых компонентов продуктов питания. Именно детальное изучение состава пищевого продукта и его оптимального содержания имеет первостепенное значение для оценки влияния изменений его состава в результате генетической модификации на показатели гигиенической безопасности и пищевой ценности продукта.

При проведении таких оценок пищевых продуктов, полученных методами генетической модификации, имеющаяся довольно ограниченная информация о составе обычных сортов культур может быть дополнена. Профиль вторичных метаболитов растений часто является характерным для определенного вида и представляет собой ценный «отпечаток пальцев» при установлении существенной эквивалентности (ЕС). ЕС осуществляет проект по созданию базы данных (BASIS - система информации о биологически активных веществах) о составе культур, в которой будет содержаться информация о вторичных метаболитах растений, включая ядовитые вещества, и соответствующие данные о профилях биологической активности.

В сравнительном методе «существенной эквивалентности» выделяются три категории пищевых продуктов, полученных методами генетической модификации, по которым определяется, какая именно оценка безопасности требуется:

1-я категория: новый вид пищевых продуктов эквивалентен уже имеющимся пищевым продуктам. Эти продукты считаются такими же безопасными, как и традиционно употребляемый аналог, и не требуют никакой дополнительной оценки безопасности;

2-я категория: новый вид пищевых продуктов эквивалентен традиционно употребляемому аналогу, за исключением четко определенных различий, на которых сосредоточена оценка безопасности;

3-я категория: новый вид пищевых продуктов не может быть признан существенно эквивалентным либо из-за того, что невозможно определить различия, либо потому, что отсутствует подходящий аналог для сравнения. Требуется дополнительная оценка пищевой ценности и безопасности данного продукта.

Большинство пищевых продуктов, полученных с использованием генетически модифицированных организмов, относятся к категориям 1 или 2. Однако в будущем вполне вероятно получение генетически модифицированных культур и пищевых продуктов на их основе, которые не будут существенно эквивалентными, например, в случае целенаправленного обогащения продукта витаминами путем генетической модификации.

По мнению ряда специалистов, решение социально значимых проблем, связанных со здоровьем будущих поколений России, может быть реализовано только на основе эффективных методов биотехнологии, к которым в первую очередь относятся генно-инженерные. Очевидно, это потребует привлечения интеллектуального потенциала, фундаментальной и прикладной науки, разработки комплексных биолого-технологических подходов в практической реализации высокоэффективных технологических решений.

Однако, несмотря на огромные возможности генной инженерии, существует поляризация мнений о безопасности использования генно-модифицированных источников (ГМИ) и продукции на их основе. Это приковывает пристальное внимание ученых как в России, так и за рубежом к проблеме государственного контроля за использованием ГМИ на рынке пищевых продуктов.

В последние годы созданы генно-модифицированные микроорганизмы для пищевой индустрии (GRAS), влияние которых на продукт пока не изучено. Поэтому методы оценки их безопасности требуют усовершенствования. Они должны опираться на пристальное изучение риска неблагоприятного воздействия штаммов на нормальную микрофлору желудочно-кишечного тракта человека, индукцию незаданных метаболических или аллергических сдвигов в макроорганизме, наличие и способность к передаче генного материала, кодирующего антибиотикорезистентность, токсикогенность и др.

Принципиально важным этапом регулирования является государственная регистрация ГМИ пищевых продуктов и кормов из ГМИ, основанная на научной оценке риска и являющаяся гарантом их биобезопасности как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Процедура госрегистрации осуществляется Минпромнауки России, Минздравом России и Минсельхо-зом России в части их компетенции. К решению проблемы подключены ведущие научно-исследовательские организации, вузы, отдельные именитые ученые и их научные школы.

Быстрая реализация генно-инженерных решений с целью получения пищевых продуктов и постоянно увеличивающийся объем новых достижений в этой области привели к необходимости разработки для оценки безвредности пищевых продуктов экспресс-методов. Внедрение генно-инженерных разработок - процесс необратимый, так как в мире существует дефицит важнейших пищевых веществ и пищи в целом.

В ближайшие 20 лет население Земли увеличится на 1,5 млрд человек. Главный демографический рост придется на развивающиеся страны, где ограничены возможности расширения аграрного производства. В этой ситуации необходимо ускоренное внедрение биотехнологий, в том числе использование ГМО.

В последнее время в ряде экономически развитых стран возросло производство и оборот пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированных источников. В США, Канаде, Аргентине, Китае и Японии, являющихся мировыми лидерами в выращивании трансгенных культур растений, созданы для использования в питании населения несколько десятков таких культур, среди них соя, картофель, кукуруза, сахарная свекла, томаты, тыква, рапс и др. Трансгенным картофелем в США засеяно около 90 тыс. га (для сравнения - в Канаде засеяно лишь 4 тыс. га). Американские фермеры поставляют на мировой рынок 77,7 млн тонн в год генетически измененной сои. Ежегодно в мире проходят полевые испытания более 4 000 генетически модифицированных культур, производство некоторых из них достигает промышленных объемов. В 2001 г. из 52,6 млн га, занятых генетически модифицированными растениями, 63 % посевных площадей составляла соя, 19 % -кукуруза, 13 % - хлопок, 5 % - рапс и другие культуры. Уже 60 % производимой в мире сои, 15 % картофеля, 7 % кукурузы являются генетически модифицированными.

Площадь сельскохозяйственных земель, занятая трансгенными растениями во всем мире, неуклонно растет. Только с 2005 по 2006 гг. рост посевов трансгенных культур составил 13 % или 30 млн га (рис. 2.4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1995 1996 1ЭЭ7 19Э& 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Рис. 2.4. Площадь сельскохозяйственных земель, занятая трансгенными растениями, млн га (1995 - 2006 гг.)

Продукты, произведенные из трансгенных растений, составляют сейчас заметную долю в рационах жителей США. В традиционных для этой страны продуктах питания используется генно-модифицированные картофель и говядина, помидоры и соя, рапс и молоко, хлопок и кукуруза. Причем некоторые продукты и блюда уже полностью могут быть изготовлены с применением технологий генной инженерии (гамбургеры, салаты, картофель-фри и другие). Американцы потребляют 90 % всего трансгенного картофеля, производимого в мире.

В связи с отсутствием в России моратория на ввоз из-за рубежа трансгенной пищевой продукции она поступает на российский продовольственный рынок. Более того, если в конце 90-х годов прошлого века в России случаи применения импортных генетически модифицированных источников при производстве продуктов питания были единичными, то в настоящее время объем и темпы их использования многократно увеличились. Российский рынок таких продуктов превышает 1 млрд $, только ежегодный импорт трансгенной пищевой продукции оценивается в 650 млн долларов. По некоторым оценкам официальных лиц, в Россию в 2002 году было ввезено 350 - 400 тыс. тонн модифицированной сои и около 30 тыс. тонн кукурузы. Данные Государственного таможенного комитета РФ подтверждают, что за последние три года ввоз трансгенной сои из США увеличился на 100 %.

В России посевов трансгенных культур для коммерческого применения пока нет; существуют лишь закрытые экспериментальные поля при различных исследовательских центрах. Так, по данным UNIDO (Организация по индустриальному развитию) и ОЕСD (Организация по экономическому сотрудничеству) в РФ существуют посадки генетически модифицированных культур картофеля (Москва, Московская обл., Тамбов, Краснодар, Дальний Восток), сои (Краснодарский край), сахарной свеклы (Московская обл., Тамбов, Краснодар, Дальний Восток), кукурузы (Московская обл., Тамбов, Краснодарский край, Дальний Восток) - с целью испытаний их на биобезопасность; трансгенного картофеля (в 18 регионах) - с целью сортоиспытания, а сахарной свеклы и сои (Московская область и другие территории) - с целью переработки и употребления.

Достаточно большой положительный опыт накоплен российскими учеными ИБХ РАН им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова, ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии, УТ Центр «Биоинженерия» РАН, ВНИИ фитопатологии, ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН и др.

Проведена биолистическая трансформация ярового ячменя, успешно осуществлена интеграция экспрессии и закрепления трансгенов в геном пшеницы - наиболее важной продовольственной культуры, что дает возможность получить новые сорта, устойчивые к стрессам (факторам внешней среды). Только из пшеницы получено 65 независимых трансгенных линий, в том числе отобрано несколько гомозиготных линий для получения популяции пшеницы, устойчивой к гербицидам. В результате исследований получен генно-модифицированный картофель, устойчивый к колорадскому жуку, а также томаты, несущие ген устойчивости к канамицину.

С 2000 г. проводятся полевые испытания трансгенных растений (яблони, груши, земляники), которые позволили выделить линии с достоверным изменением вкуса, соответствующие сортотипу и пригодные как для коммерческого использования, так и для включения в селекционные программы. В процессе испытаний для экспрессии гена суперсладкого белка тауматин (thaumatin), взятого из тропического растения, был использован бинарный вектор на основе плазмиды. Эти гены обладают преимуществом по сравнению с генами устойчивости и фитопатогенами из других организмов, так как не требуют дополнительной модификации с целью предотвращения расщепления растительными протеазами. Суперсладкий белок (в несколько тысяч раз слаще сахарозы) может использоваться для модификации вкуса плодов, что особенно актуально для российских зимостойких растений с относительно невысокими вкусовыми качественными показателями. Таким образом, методология генной инженерии растений позволяет получать комбинации генов любого происхождения и в любой аранжировке. Вклад биотехнологии очевиден как в решении теоретических, так и прикладных задач. В результате проведения новых изысканий было получено большое число трансгенных видов растений, обладающих улучшенными по ряду параметров качествами. На методах генной инженерии растений основаны новейшие технологии, такие как использование трансгенных растений в качестве биофабрик для получения биологически активных веществ и специфических белков в больших количествах.Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одно из перспективных направлений - создание механизмов деградации ксенобиотиков, загрязняющих окружающую среду. Для этого необходимо создать трансгенные растения и экспрессирующие гены, вовлекаемые в биодеградацию различных органических соединений. Исследована возможность получения трансгенных растений, продуцирующих фибриллярные белки с большим количеством повторяющихся последовательностей, к которым относятся белки каркасной нити паутины (спидроины), обладающие уникальным сочетанием прочности и упругости. Материалы на основе их синтетических белков-аналогов могут быть использованы во многих областях, включая медицину.

В последнее время большое внимание уделяется изучению возможности использования генно-инженерных конструкций, встроенных в ретровирусные векторы, для получения трансгенных животных. Основное достоинство этих векторов - высокая способность интегрироваться в геном эукариотических клеток. Сложность состоит в недостаточной изученности влияния ретровирусных конструкций на жизнеспособность и характер интеграции трансгена в геном животных.

В результате получены трансгенные кролики и мыши. Общая эффективность технологии получения трансгенных животных на основе использования ретровирусных конструкций составила: на кроликах - 5,0 %, на мышах - 3,5 %, что в 23 раза выше, чем при инъекции плазмидных конструкций зиготы. Проведены исследования и получены положительные результаты также по выведению трансгенных свиней с повышенным приростом живой массы, с улучшенной иммунной системой, повышенной активностью генов р-РНК -одной из ключевых систем синтеза белка, с устойчивостью к уровню патогенной и условно-патогенной микрофлоры.

В созданной и действующей в настоящее время в РФ системе оценки качества, безопасности и допуска к производству пищевой продукции из ГМИ предусмотрены комплексные исследования, включающие медико-биологические и другие аспекты, среди которых наиболее актуально выделение ДНК из генно-модифицированных организмов в пищевых продуктах, полуфабрикатах и пищевом сырье.

Эта система постоянно пополняется и совершенствуется. Например, И. А. Роговым с сотрудниками построена оригинальная модель анализа ГМ продукции, в частности генно-модифицированной сои. Результаты позволяют положительно оценить объективность и применимость метода при идентификации ГМ продукта.

Успешное развитие методологии в получении трансгенных продуктов способствовало появлению на российском пищевом рынке широкого спектра препаратов и ингредиентов, полученных из генно-модифицированных источников. Актуальным является вопрос исследования динамики количественного изменения ДНК в пищевых продуктах, произведенных на основе ГМИ, степени ее деградации и, как следствие, необходимости маркирования пищевого продукта.

2.3.3 Санитарно-гигиеническое нормирование, регистрация и маркировка ГМИ

В связи с поступлением на продовольственный рынок России генетически модифицированной пищевой продукции была создана законодательная, нормативная и методическая база, позволяющая проводить санитарно-эпидемиологическую экспертизу (оценку безопасности) такой продукции и регулировать ее (рис. 2.6).

В России действуют следующие законы: «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности» (от 5.07.1996 г. N 86-ФЗ) и «О внесении изменений и дополнений в федеральный закон «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности» (от 12.07.2000 г. N 96-ФЗ), которые регулируют отношения в области природопользования, охраны окружающей среды и обеспечения безопасности, возникающие при осуществлении генно-инженерной деятельности.

В соответствии с постановлением главного государственного санитарного врача Российской Федерации № 7 «О порядке гигиенической оценки и регистрации пищевой продукции, полученной из генетически модифицированных источников» с 01.07.99 г. в стране введена система государственной регистрации пищевой продукции из ГМИ, а также разработаны и утверждены методические указания «Медико-биологическая оценка пищевой продукции, полученной из генетически модифицированных источников». В последующем постановлении (№ 14 от 08.11.2000 г. «О порядке проведения санитарно-эпидемиологической экспертизы пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированньгх источников») уточнено положение о порядке проведения санитарно-эпидемиологической экспертизы пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированных источников.

В соответствии с вышеуказанными документами санитарно-эпидемиологическая экспертиза пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированных источников, осуществляется Научно-исследовательским институтом питания РАМН (Головной испытательный Центр Минздрава России), а также учреждениями-соисполнителями: Институтом вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова РАМН и Московским научно-исследовательским институтом гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана Минздрава России. Медико-генетическая оценка осуществляется центром «Биоинженерии» РАН, а также учреждением-соисполнителем - Медико-генетическим научным центром РАМН. Технологическая оценка осуществляется Московским государственным университетом прикладной биотехнологии Министерства образования РФ. Организационно-технические мероприятия, связанные с проведением экспертизы пищевых продуктов, оформлением санитарно-эпидемиологических заключений, а также ведением реестра пищевых продуктов из генетически модифицированных источников проводятся Центром санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы МЗ Российской Федерации



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

При проведении экспертизы Центром санитарно-эпидемиологического нормирования анализируются следующие документы, представляемые организациями, фирмами:

заявка (письмо) на проведение экспертизы от заявителя;

материалы, отражающие медико-генетическую оценку пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированных источников, включая вносимую последовательность генов, маркерные гены антибиотиков, промоторы, усилители и эффекты выражения соседних генов, стабильность генетически модифицированных организмов на протяжении нескольких поколений с учетом стабильности и уровня выражения генов;

материалы, отражающие медико-биологическую оценку пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированных источников, включая санитарно-химические показатели качества и безопасности, результаты токсикологических исследований на лабораторных животных, оценку аллергенных свойств продукта, возможных мутагенных и канцерогенных эффектов продукта, его влияния на функцию воспроизводства, результаты наблюдений на добровольцах и эпидемиологических исследований;

* материалы, характеризующие технологические свойства пищевых продуктов, полученных из генетически модифицированных источников: органолептические свойства, физико-химические свойства, сохранность и влияние генетической модификации на технологические параметры продукции.

При этом к оригиналам документов страны-экспортера пищевых продуктов прикладывается заверенный в установленном порядке перевод на русский язык. Комплект документации и образцы пищевых продуктов передаются в НИИ гигиены питания РАМН и в учреждения соисполнители.

По результатам экспертизы Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы оформляет санитарно-эпидемиологическое заключение установленного образца, которое подписывается Главным государственным санитарным врачом РФ и передается заявителю. Сведения о пищевых продуктах, на которые в установленном порядке выданы санитарно-эпидемиологические заключения, вносятся в реестр и подлежат ежегодной публикации.

Среди существующих в настоящее время методических подходов к системе оценки безопасности новых источников пищи общепринятой является концепция композиционной эквивалентности, заключающаяся в сравнении ГМИ с их традиционными аналогами по фенотипическим характеристикам, уровню содержания основных нутриентов, антиалиментарных и токсических веществ и аллергенов, характерных для данного вида продукта. Однако эта концепция не в полной мере отвечает требованиям гигиенической науки, тем более, что возможность проявления незаданных эффектов генетической модификации увеличивается пропорционально степени изменения генома. Во всех случаях оценки пищевой продукции из ГМИ существует определённая вероятность не обнаружения какого-либо токсина или биологически активного вещества, которые присутствуют в новых продуктах или компонентах пищи и представляют опасность для здоровья человека. Поэтому необходимо проведение, как метода композиционной эквивалентности, так и выявление потенциальных токсических и других эффектов, связанных с возможным присутствием ГМИ.

В связи с этим в РФ разработан и введен в действие особый порядок экспертизы продукции из ГМИ, предусматривающий 3 вида оценок (рис. 2.7): медико-генетическую, медико-биологическую и функционально-технологическую.

Контроль за маркировкой генетически модифицированной продукции. В различных странах мира по-разному относятся к проблеме генетически модифицированных продуктов. Некоторые европейские государства закрыли свой рынок для таких продуктов, поступающих преимущественно из США, на пять ближайших лет. В таких странах ЕС, как Австрия, Великобритания, Люксембург, введен мораторий на ввоз ГМИ, в других - разрешено импортировать лишь несколько видов генетически модифицированных растений.

Экспертиза продукции из ГМИ

Медико-генетическая оценка

Оценка вносимой последовательности генов;

Оценка регуляторных последовательностей;

Изучение эффектов выражения других генов;

Определение стабильности ГМИ;

Оценка влияния ГМИ на окружающую среду

Медико-биологическая оценка

Изучение химического состава: показатели качества и безопасности;

Оценка биологической ценности и усвояемости на лабораторных животных;

Токсикологическое исследование на лабораторных животных (не менее 5-6 месяцев);

Оценка аллергенных свойств;

Оценка мутагенных действий;

Оценка имуномодулирующих свойств;

Изучение влияния на репродуктивную функцию

Функционально-технологическая оценка

Оценка органо-лептических и потребительских свойств;

Оценка функционально-технологических праметров

Клинические испытания

Заключение о качестве и безопасности продуктов из ГМИ

Разрешение на широкое применение для пищевых целей

Гигиенический мониторинг

Специальной Комиссией Европейского сообщества зарегистрированы и разрешены к использованию трансгенный гибридный рапс для технических целей, устойчивая к гербицидам трансгенная соя (разрешен ее импорт для переработки) и трансгенная кукуруза, устойчивая к насекомым (разрешено выращивание в Испании и Франции при непременном контроле).