Критерии безопасности генетически модифицированных организмов
Общие положения использования ГМО
Генетически модифицированные (трансгенные) продукты питания представляют особый научный и практический интерес. Генная инженерия - это управление генетической основой организмов посредством внедрения или удаления специфических генов, с использованием техники современной молекулярной биологии. Методы генной инженерии позволяют конструировать фрагменты рекомбинантных ДНК того или иного организма, которые при внедрении в генетический аппарат клетки придавали бы им свойства, полезные для человека.
Проблемы, связанные с созданием и использованием генетически модифицированных организмов (ГМО), широко обсуждаются в научном мире и в средствах массовой информации при участии международных, государственных и общественных экологических организаций.
В последнее время появился принципиально новый способ изменения свойств пищевого сырья - модифицирование на генетическом уровне в основном продовольственного сырья растительного происхождения. В результате вмешательства человека в генетический аппарат сельскохозяйственных культур стало возможным получать качественно новое сырье, изменять свойства исходных сортов в желательном для человека направлении - вкус, пищевую ценность, устойчивость к неблагоприятным внешним воздействиям, повышать урожайность и сроки хранения. По прогнозам, население Земли уже к 2025 г. может достигнуть 8,5 млрд человек. Это выдвигает новые проблемы в области продовольствия и медицины. В решении этих проблем не последнюю роль отводят бур но развивающейся в последние десятилетия биотехнологии. Важнейшей составляющей частью современной биотехнологии является генная инженерия.
Первые сообщения о генетически модифицированных растениях и полученных из них продуктах питания появились в начале 1990-х годов. В настоящее время генетическому изменению подвергается важнейшее растительное сырье, а без использования растительного сырья производят лишь очень немногие продукты питания.
Успехи, достигнутые в области генной инженерии, позволяют получать новые сорта растений (причем в течение всего двух-трех лет) с заданными свойствами. За счет встраивания генов, выделенных из одних организмов и несущих определенную генетическую информацию (например, устойчивость к заморозкам, гербицидам, болезням и паразитам, высокая урожайность, неполегаемость и др.) в ДНК других, были получены растения, которые называют «трансгенными», т.е. с перемещенными генами. Проблема практического использования генномодифицированных (ГМ) источников пищи, по мнению академика РАМН В.А. Тутельяна, имеет несколько равноценных по значимости аспектов:
- 1) совершенствование технологии получения ГМ растений и доведение производства нового вида растений до промышленных масштабов;
- 2) разработка и совершенствование системы медико-биологической оценки безопасности новой продукции;
- 3) обеспечение защиты общества от намеренного антигуманного использования новейших биотехнологий;
- 4) информированность специалистов и населения в данной области.
Первый шаг к созданию генетически модифицированных продуктов был сделан в 1994 г. генетиками Америки, выпустившими на рынок партию томатов, необычайно устойчивых к длительному хранению. Начало производства сельскохозяйственных ГМ культур в крупных промышленных масштабах датируется 1996 г., когда ими было засеяно 1,7 млн га посевных площадей в мире. К 2006 г. площади посевов ГМ растений достигли 102,0 млн га. В настоящее время их выращивают в 22 странах мира, при этом лидерами являются США,
Аргентина, Бразилия, Канада, Китай, Индия. В 2006 г. ГМ культуры выращивали шесть стран Европейского союза. Основные посевные площади ГМ растений сосредоточены в Испании (60 тыс. га), в остальных пяти странах ЕС (Франция, Чехия, Португалия, Германия, Словакия) - 5,2 тыс. га. Основной трансгенной культурой является соя. США является мировым лидером в производстве сои - 70% мирового объема. Поскольку белки семян натуральной сои дефицитны по содержанию метионина и цистина, генетическое изменение сои направлено на «усовершенствование» аминокислотного состава. Соя как продовольственное сырье используется для приготовление целого ряда пищевых продуктов, в том числе детского питания. В последующие годы ГМО, разрешенных к использованию в США, Канаде, Японии, Китае, Бразилии, Аргентине, стало значительно больше - это кукуруза, картофель, соя, тыква, папайя, сахарная свекла, рапс, хлопчатник. В настоящее время в США производится более 150 наименований генетически модифицированных объектов (сельскохозяйственных культур), площади под выращивание которых в США и других странах составляют от 10 до 25 млн га.
Генетической модификации подвергаются не только растения, известны также генетически модифицированные дрожжи и ферментные препараты, полученные из трасгенных микроорганизмов.
Генная инженерия находит применение и в животноводстве, влияя на рост и продуктивность сельскохозяйственных животных. Так, свыше 500 тысяч коров молочных пород получают рекомбинантный гормон роста крупного рогатого скота.
Основные задачи генной инженерии в создании трансгенных растений довольно многообразны:
- • получение новых сортов (с более высокой урожайностью культур, дающих несколько урожаев в год);
- • изменение габитуса растения (высоты, формы листьев и корневой системы, строения и окраски цветков, времени цветения и др.);
- • питание растений (фиксация атмосферного азота неазотфиксирующими растениями, повышение эффективности фотосинтеза, улучшение поглощения минеральных веществ и т.п.);
- • качество продукции (изменение состава и (или) количества сахаров, крахмала, жиров; вкуса и запаха пищевых продуктов; получение новых видов лекарственного сырья; изменение сроков созревания плодов);
- • устойчивость к абиотическим факторам (засухе, засолению, адаптация к холоду, жароустойчивость, устойчивость к гербицидам, кислотности почв, тяжелым металлам и др.);
- • устойчивость к биотическим факторам (устойчивость к вредителям, бактериальным, вирусным и грибным инфекциям).
На данном этапе развития науки создание генетически измененного растения не представляет большой сложности. Существует несколько достаточно широко распространенных методов для внедрения чужеродных ДНК в геном растения. Одной из основ данных методов явилось открытие ферментов рестриктаз. Эти ферменты способны распознавать определенную последовательность своей ДНК и расщеплять «чужую» ДНК на фрагменты. Причем одни из них узнают тетрануклеотид, а другие — последовательность из шести нуклеотидных пар. Кроме того, следует отметить, что рестриктазы по-разному расщепляют ДНК. Одни вносят разрывы по оси симметрии узнаваемой последовательности, тогда как другие -со сдвигом, с образованием «ступеньки». В первом случае образуются так называемые тупые концы, а во втором - липкие, т.е. фрагменты, которые имеют на своих концах однонитевые комплементарные участки длиной в четыре нуклеотида. Такие фрагменты удобны для создания рекомбинантных ДНК.
После того как ДНК сшита in vitro (лат. «в стекле»), ее надо ввести в живые клетки и обеспечить стабильное поддержание генетической информации. Это достигается с помощью так называемых векторных молекул (векторов) - молекул ДНК, способных акцептировать чужеродную ДНК и обеспечивать ее репликацию. В составе векторной молекулы должен быть маркерный ген, как правило, это гены устойчивости к антибиотикам. В качестве векторов используют плазмиды, бактериофаги, вирусы животных.
Один из методов создания трансгенных растений основан на использовании природного вектора из почвенных бактерий - Agrobacterium tumefaciens и Agrobacterium rhizogenes.
Известны и другие методы введения чужеродной генетической информации: применение бинарных векторов, векторов на основе ДНК-содержащих вирусов растений, прямого переноса генов. Существует метод бомбардировки растительных клеток мельчайшими частичками золота или вольфрама (диаметр 1-2 мк), несущими вектор ДНК. Они с огромной скоростью выбрасываются из биологической баллистической пушки, разрывая клеточные стенки, входят в цитоплазму и ядро клетки. С некоторой вероятностью такая «пуля» может правильно передать генетический материал клетке, и растение приобретает новые свойства.
Среди других способов внедрения чужеродной ДНК можно назвать способ растворения клеточной стенки растений ферментами и перенос таких клеток (протопластов) в раствор, содержащий ДНК и вещество, способствующее ее проникновению в клетку (чаще всего применяется полиэтиленгликоль). Иногда в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а иногда впрыскивают ДНК микрошприцем под контролем микроскопа.
В дальнейшем из клеток, воспринявших нужный ген, выращивают целые растения (с использованием методов культуры клеток и тканей), которые затем размножают обычным способом.
В области микробиологии большая часть исследований генной инженерии направлена на отбор продуцентов витаминов, антибиотиков, ферментов. Известны полученные с помощью генетически измененных бактерий ферменты, которые используются для приготовления сиропов из кукурузного крахмала, применяемых в кондитерской промышленности. Ферменты используются также при выпечке хлеба, при этом мука осветляется, а хлеб становится более пышным.
Перспективным направлением генной инженерии считается создание растений, несущих гены, продуцирующие синтез вакцин против различных болезней. При потреблении сырых плодов и овощей, несущих такие гены, происходит вакцинация организма. Установлено, например, что при введении нетоксичной субъединицы энтеротоксина холеры в ген растения картофеля и скармливании затем сырых клубней подопытным мышам в их организме образуются антитела холеры.
Как считает Главный государственный санитарный врач РФ, международное научное сообщество четко понимает, что производство трансгенного продовольственного сырья диктуется необходимостью, связанной в первую очередь с ростом народонаселения Земли. В 2011 г. население планеты составляло 7 млрд человек, по прогнозам ученых, к 2050 г. оно может достичь 9-11 млрд, т.е увеличится в 1,5-2 раза. Соответственно, должно увеличиться производство сельскохозяйственной продукции, что может быть достигнуто только с применением методов генной инженерии. В 2007 г. в мире трансгенными культурами было засеяно уже около ПО млн га, а к 2015 г. этот показатель достигнет 200 млн га, или около 14% всех посевных площадей в мире.
Другое направление, которое в настоящее время находится в стадии разработок, - получение трансгенных сельскохозяйственных животных. Оно ориентировано на увеличение продуктивности и оптимизацию отдельных частей и тканей туш, повышение качества и физико-химических свойств мяса, его технологичности и вкусовых свойств после термической обработки. Проводятся исследования, направленные на укорачивание лап у кур-несушек в целях уменьшения боя яйцепро-дукции. С помощью генной инженерии это вполне достижимо, и не только это - генная инженерия позволяет повысить приспособляемость животных и птицы к окружающей среде, устойчивость к заболеваниям, изменить наследственные признаки. Если ранее этого добивались с помощью искусственного отбора, на протяжении нескольких поколений животных и растений, то сегодня аналогичных результатов можно добиться в очень короткий период.
Несмотря на то что производство пищевых продуктов из трансгенных источников сырья осуществляется более 10 лет, многие вопросы, связанные с безопасностью их потребления, остаются до конца не выясненными. Очевидно одно - трансгенная продукция должна проходить тщательную многофакторную проверку и иметь специальную маркировку.
В России еще в 1999 г. вступило в силу постановление Министерства здравоохранения РФ «О порядке гигиенической оценки и регистрации пищевой продукции, полученной из генетически модифицированных источников». Согласно это му документу, гигиеническая экспертиза пищевых продуктов и продовольственного сырья, а также компонентов для их производства, должна включать определение вносимой последовательности генов, маркерных генов антибиотиков, стабильности ГМО на протяжении нескольких поколений, а также санитарно-химические показатели качества и безопасности, результаты токсикологических исследований, проведенных на лабораторных животных, оценку аллергенных свойств продукта, возможных мутагенных и канцерогенных эффектов.
На рынок России поставляются только зарегистрированные в странах-производителях генетически модифицированные продукты, которые в обязательном порядке проверяются на безопасность по отечественным стандартам, являющимся более жесткими в сравнении с аналогичными в США и ЕС. В России, кроме сои, допущены к использованию в качестве продовольственного сырья генномодифицированные картофель, кукуруза и сахарная свекла.
Мониторинг безопасности трансгенных продуктов потребует десятилетий, чтобы предоставить достоверные сведения о том, сколько человеку можно употреблять такой пищи, какой удельный вес она должна занимать в рационе и как она влияет на генетический код человека. Пока такие данные практически отсутствуют.
В соответствии с Федеральным законом от 21.12.2004 № 171-ФЗ «О внесении изменений в Закон Российской Федерации “О защите прав потребителей”» введена обязанность производителей, использующих генномодифицированные источники при изготовлении продуктов питания, маркировать продукты с указанием того, что они содержат ГМО вне зависимости от их количества.
