Обеспечение качества продовольственного сырья и пищевых продуктов

Технологическая оценка. Технологическая оценка определяет органолептические и физико-химические свойства, а также влияние генетической модификации на технологические параметры продукции.

Получив трансген, в первую очередь оценивают так называемую композиционную эквивалентность с его традиционным аналогом – есть ли отличие в химическом составе (включая белковый, кислотный, аминокислотный, витаминный, минеральный состав и пр.). Это нужно еще для того, чтобы определить весь необходимый набор дальнейших исследований. Далее начинается изучение содержания как природных, так и антропогенных контаминантов (тяжелые металлы, пестициды, остатки микотоксинов и др.).

После исследования абсолютной композиционной эквивалентности изучению подвергается собственно измененный белок, кодируемый измененным геном. Он выделяется в достаточном количестве и, прежде всего, проверяется на токсичность и аллергенность. При их отсутствии белок считается безопасным, регистрируется и разрешается к использованию для пищевых целей. Далее изучается и оценивается пищевая ценность продукта. Совокупность всех этих данных позволяет регистрировать продукт и продолжать пострегистрационный мониторинг, исследования по фактам накопления новых данных.

Для оценки аллергенного потенциала продуктов–трансгенов обязательно проводят так называемые острые оральные эксперименты, в которых лабораторным или сельскохозяйственным животным в течение определенного срока скармливают анализируемый протеин в дозах, значительно превышающих его содержание в растительных тканях (до 5 г на кг живого веса животного), а затем выявляют у животных мельчайшие отклонения в здоровье по сравнению с контрольной группой, не принимавшей этот белок. Вообще при оценке токсичности веществ (не только белков) также принимают во внимание данные о накоплении их остатков, кумулятивные эффекты, общую экспозицию (продолжительность и способ действия: через кожу, при вдыхании, при поедании), пороговые и эндокринные эффекты, чувствительность к ним представителей разных возрастных групп населения и др.

В настоящее время широко принято делить ГМ – продукцию на три категории. Первая – это продукты, композиционно абсолютно аналогичные традиционным (по молекулярным и фенотипическим характеристикам, уровням содержания ключевых нутриентов, антиалиментарных, токсичных веществ и аллергенов, характерных для данного вида продукта или определяемых свойствами переносимых генов). Они, как и аналог, безопасны и, соответственно, как аналог не требуют никаких дополнительных исследований. Большинство выращиваемых ныне в коммерческих целях ГМ – растений относятся именно к первой группе.

Вторая – ГМ – продукция, имеющая определенные различия, связанные с введением нового гена, синтезом нового белка. В этом случае исследования концентрируются именно на этом белке, на характеристике его свойств.

И, наконец, в будущем возможно появление продуктов с намеренно измененным композиционным химическим составом (витаминным, белковым), тогда, конечно, потребуются другие исследования. В качестве путей решения предлагается использовать новые направления современной науки – геномику, протеомику и метаболомику.    

Разработка специальных аналитических методов началась в 1994–1995 гг. одновременно с созданием первых разрешенных для реализации продуктов из ГМИ. В большинстве случаев в своем составе они содержат материал, встроенный в геном растения (рекомбинантную ДНК), а также определяющий заданное генетической модификацией свойство – белок. Количество последнего фиксируют иммунологическими способами, такими, как «Вестерн блоттинг» или непрямой твердофазный иммуноферментный тест (новый белок, выступающий в роли антигена, обнаруживают с помощью соответствующих антител, конъюгированных с ферментом). Эти методы наиболее просты в исполнении, относительно дешевы, чувствительность их 0,5–1,0% содержания белка, определяющего новый признак, к общему количеству белка. Но если исходное сырье подвергают глубокой технологической обработке, разрушающей белок (высокая температура, кислая среда, использование ферментов и др.), то иммунологический анализ дает нестабильные или плохо воспроизводимые результаты. Скажем, неприменим такой подход при исследовании колбасных и кондитерских изделий, детского питания, биологически активных добавок.

Следует также подчеркнуть, что концентрация белка, формирующего новый признак (например, устойчивость к колорадскому жуку в картофеле или пестицидам в сое), в большинстве генетически модифицированных растений, представленных на мировом продовольственном рынке, меньше 0,06%, что значительно ниже чувствительности описанного метода. Поэтому предпочтительнее другой способ – поиск в продукте рекомбинантной ДНК.

Строение этой молекулы одинаково во всех клетках организма, значит, любая часть растения пригодна для анализа. Кроме того, ДНК стабильнее белка и сохраняется после технологической и кулинарной обработки продуктов. В основе метода – полимеразная цепная реакция, изобретенная американцем К.Мюллисом в 1983 г. Она произвела революционный переворот в молекулярной генодиагностике. Суть ее: для распознавания определенного участка ДНК, присутствующего только в модифицированном геноме, прибегают к специальным маркерам – последовательностям ДНК, именуемым праймерами. По завершении идентификации выявленный фрагмент молекулы многократно копируется с помощью термостабильного фермента ДНК-полимеразы. Последний этап – электрофорез в агарозном геле. Наличие полосы в соответствующем участке электрофореграммы и означает присутствие искомой ДНК.

Кроме гена, кодирующего определенный белок, в модифицированную ДНК встраивают так называемый промотор, запускающий транскрипцию, и терминатор, ее останавливающий. На сегодня 98% всех ГМИ пищи растительного происхождения, представленных на мировом продовольственном рынке, содержат в геноме либо промотор 35S, получаемый из вируса мозаики цветной капусты, либо терминатор NOS из бактерии Agrobacterium tumefaciens, либо обе названные последовательности ДНК. Это обстоятельство значительно упрощает и ускоряет их поиск, когда надо проверить наличие ГМИ в большом количестве образцов.

Однако такой анализ фиксирует лишь факт использования генетически модифицированной культуры при производстве продукта. И при положительном результате необходимо выяснить, прошли ли они соответствующую экспертизу на безопасность и регистрацию, т.е. разрешены ли они для питания. Тогда применяют полимеразную цепную реакцию с использованием праймеров, распознающих конкретную генетическую конструкцию, встраиваемую в геном. Способ заявлен в качестве стандартного для идентификации ГМИ растительного происхождения в 23 странах и позволяет определить рекомбинантную ДНК в пищевых продуктах, даже если ее содержание в них не превышает 0,9% от общего количества ДНК трансгенного растения, используемого при производстве.

Но и у этого способа есть ограничения, поскольку не все пищевые продукты имеют в своем составе ДНК. К таким относятся прошедшие глубокую технологическую обработку рафинированные растительные масла, сахарный песок, крахмалы высокой степени очистки, соусы, этиловый спирт (контролируют их на основании специальных документов, сопровождающих продукт от поля до прилавка).

Благодаря высоким темпам развития биотехнологии количество создаваемых ГМИ пищи будет расти. И необходимость выявлять в них огромное количество новых генетических конструкций приведет к значительному увеличению времени проведения анализа полимеразной цепной реакции и его стоимости. Поэтому уже сегодня ведется поиск новых подходов к ведению контроля. Весьма перспективны в этом плане технологии с применением биологических микрочипов, своеобразного автоматизированного комплекса методов аналитической лаборатории, перенесенного на маленькую поверхность стекла или пластика. Основываясь на принципе гибридизации молекул ДНК, фиксированных на поверхности чипа, с искомым аналогом исследуемой пробы и последующего измерения флуоресценции, биочип определяет сотни (!) сортов генетически модифицированных растений  в одном анализе. Правда, пока эту технологию применяют в основном для научных целей. Но первые шаги к внедрению ее в область контроля за пищевой продукцией из ГМИ уже сделаны. Так, в Российской Федерации разработан и включен в число национальных стандартов метод выявления следующих генетических последовательностей: промотора 35S из вируса мозаики цветной капусты, маркерного гена gus из бактерии E.coli, терминаторов nos и ocs из бактерии Agrobacterium tumefaciens, маркерного гена npt II бактериального происхождения.

Если же модификация направлена на изменение химического состава продукта (таких, разрешенных для питания, пока единицы), применимы и специальные методы исследования: хроматография, спектрофотометрия, спектрофлюориметрия и др. Скажем, линии сои G94-1, G94-19, G168 фирмы Дюпонт (США) имеют измененный жирнокислотный состав: сравнительный анализ показал увеличение содержания олеиновой кислоты в бобах до 83,8%, в то время как в традиционном аналоге ее всего 23,1%. Газовая хроматография выявляет данную генетическую модификацию даже в рафинированном соевом масле, не содержащем ДНК и белка.

Для количественного определения ГМИ наиболее перспективна полимеразная цепная реакция с детекцией результатов в режиме реального времени. В чем же суть метода? С помощью специального оборудования, позволяющего наблюдать за кинетикой процесса, в реакционную смесь вноситься дополнительный маркер – участок ДНК, комплементарный искомому аналогу и содержащий флуоресцентную метку, интенсивность флуоресценции которой в ходе реакции пропорциональна количеству ГМИ в исследуемом продукте. Такой анализ проводится в закрытой пробирке, занимает совсем немного времени, а итог виден  на компьютерном мониторе.

Преимущества ГМИ пищи. Трансгенные растения (ТР) способствуют росту продуктивности за счет своей устойчивости к гербицидам, вредителям, болезням. Это позволяет сохранить ту часть урожая, которая ранее терялась из-за воздействия факторов биотического стресса и неэффективной защиты.

ТР можно придать полезные свойства. Например, британскими учеными разработан новый сорт риса – «золотой рис» – генетически улучшенный с помощью бетакаротина, который в организме человека превращается в витамин А. Из улучшенной кукурузы, соевых бобов и рапса получается растительное масло, в котором снижено количество насыщенных жиров. В трансгенных сортах картофеля и кукурузы больше крахмала и меньше воды. Такой картофель при жарке требует немного масла, легче усваивается желудком. Усовершенствованные помидоры, тыква и картофель лучше сохраняют витамины С, Е и бетакаротин.

ТР можно использовать в фармакологических целях как биофабрики по производству белков интерлейнинов, стимулируя защитные свойства человека (в частности моркови, бананов и др.).

Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что применение ТР:

-повышает продуктивность сельскохозяйственных культур;

-позволяет увеличить производство сельскохозяйственной продукции, не расширяя пахотных земель;

-уменьшает ущерб окружающей среды от использования ядохимикатов;

-позволяет получить экономическую выгоду за счет снижения трудозатрат и экономии энергоресурсов.

А ведь в дальнейшем будут создаваться совершенно новые продукты, с улучшенной или измененной пищевой ценностью, устойчивые к воздействию климатических факторов, засолению почв, а также имеющих больший срок хранения и улучшенные вкусовые свойства, характеризующиеся отсутствием аллергенов. Более отдаленное будущее – это растения, которые продуцируют определенные химические соединения, вакцины и т.д. И это не фантастика. Лабораторные наработки показывают эффективность этого направления. 

А в перспективе культуры третьего поколения (примерно с 2015 г). Для них помимо вышеперечисленных качеств будет характерно изменение архитектуры растений, например, низкорослость как фактор устойчивости в ветреных областях. Или изменение времени цветения и плодоношения – тогда станет возможным выращивать тропические фрукты в средней полосе. Или изменение размера, формы и количества плодов. Или рост эффективности фотосинтеза – это приведет к увеличению содержания кислорода в воздухе. Или продуцирование пищевых веществ с повышенным уровнем ассимиляции, лучше усваивающихся организмом.

Недостатки использования ГМИ пищи. Потенциальную опасность трансгенных организмов ученые и специалисты связывают со следующими возможными отрицательными последствиями;

• Вытеснение природных организмов из их экологических ниш с последующим нарушением экологического равновесия. Эти риски связаны, прежде всего, с появлением суперсорняков, с формированием новых, устойчивых к ядам, популяций насекомых, генетическим загрязнением и безвозвратной потерей традиционных сортов важнейших сельхозкультур, а также с возрастанием химического загрязнения окружающей среды пестицидами.

• Уменьшение биоразнообразия. ГМО представляют риск для биоразнообразия (генетического в том числе), так как они взаимодействуют в природе со всем живым, что их окружает. Ученые определили несколько проблемных сфер – появление новых вредителей, суперсорняков, генетическое загрязнение, перекрестное опыление ГМ культур и обычных, появление новых вирусов, а также другие частные «слабые места» в зависимости от типа ГМО.

• Бесконтрольный перенос чужеродных генов из трансгенных организмов в природные, что предположительно может привести к активации ранее известных или образованию новых патогенов. Трансгенные конструкции имеют возможность перемещаться в другие растения, родственные, либо того же типа.  Генетически модифицированный материал переносится в пыльце с помощью, скажем, ветра на соседние поля. Фермеры, ведущие органическое или традиционное сельское хозяйство в Европе и США озабочены этим фактом, поскольку полученные благодаря методам генной инженерии растения не считаются органической продукцией, которая становится все более и более популярной, особенно в Европе. В 1999 году американская компания органических продуктов Terra Prima уничтожила 87 тыс. мешков органических кукурузных чипсов, отправленных в Европу, когда испытания показали содержание в них ГМ-материала. Ученые Великобритании, например, обнаружили пыльцу ГМ рапса в пчелиных ульях на расстоянии 4 километра от поля. А канадские производители экологически чистой сельскохозяйственной продукции постепенно разоряются из-за генетического загрязнения их посевов от расположенных рядом генно-модифицированных полей.