Генно инженерство и храна - Енциклопедия на храненето
Енциклопедия на храненето: генно инженерство и храна
Генно инженерство и храна
R. Greiner и U. Konietzny, Karlsruhe
Специфични области на приложение
Декларираните цели на селското стопанство и хранителните технологии винаги са били осигуряването на достатъчни количества храна, съхраняването на храните, хранителното и сензорно подобряване на храните, оптимизирането на производството и приготвянето на храни и осигуряването на безопасността на храните. Техниките на отглеждане и производство обаче постоянно се променят през хилядолетията. Като съвременен процес на биотехнологии, генното инженерство се използва днес с различни цели в земеделието и производството на храни. Например, храната може да съдържа добавки от генетично модифицирани организми (ГМО) или са произведени от генетично модифицирани микроорганизми с ензими и помощни средства за обработка. Храната може също да съдържа съставки от генетично модифицирани култури, като масло от устойчиво на хербициди рапица или соя (устойчивост на хербициди) и захар от устойчиво на вируси захарно цвекло (устойчивост на вируси). И накрая, храните също могат да съдържат генетично модифицирани организми, като кисело мляко с живи култури или синьо сирене или дори да представляват генетично модифицирания организъм, като домат Flavr-Savr (фиг.).
Ензими, добавки и хормони от микробно производство
Използването на генно инженерство в хранителния сектор е най-напреднало в областта на микробното производство на ензими. Една от причините за това е, че ензимите обикновено се кодират само от един ген и се синтезират чрез директен превод на генетичната информация. Микроорганизмът може лесно да бъде оптимизиран чрез генно инженерство, така че да може да произведе определен ензим в достатъчни количества. Самото производство е икономично и екологично. Повече от 40 ензима, които се предлагат в световен мащаб от генетично модифицирани микроорганизми, са идентични с тези, произведени конвенционално. Те се различават от традиционните ензими само по начина, по който се произвеждат. В бъдеще също така ще бъде възможно да се произвеждат икономически ензими, които не могат да се произвеждат конвенционално в генетично модифицирани микроорганизми. В допълнение, протеиновото инженерство може да се използва за конкретна и специфична промяна на структурен ген, което прави достъпни нови ензими, които са оптимално съобразени с суровината, която трябва да се преобразува и производствения процес.
Ензимите и други протеини за отглеждане на животни също могат да бъдат произведени в генетично модифицирани микроорганизми. Ензимите се добавят към фуражите за животни като добавка към собствените храносмилателни ензими на животното, което позволява по-добро преобразуване на фуражите и облекчаване на околната среда в райони с интензивно животновъдство. Хормони на растежа за отглеждане на животни също могат да бъдат осигурени в достатъчни количества. Говеждият хормон на растежа BST (Соматотропин) се използва например за увеличаване на млечността на кравите.
Друг важен пазар в преработката на храни са добавките. Те се използват като подобрители на вкуса, подсладители, витамини, аминокиселини, аромати, оцветители, консерванти, емулгатори и сгъстители. Тяхното производство може да бъде направено по-ефективно, по-изгодно и понякога по-екологично с трансгенни микроорганизми. Например химичният синтез може да бъде заменен с бактериална ферментация. Досега работата в областта на производството на добавки в генетично модифицирани микроорганизми до голяма степен е била ограничена до витамини, например витамини С, В2, В12 и биотин и аминокиселини, напр. Б. глутамат като подобрител на вкуса и фенилаланин за синтеза на подсладителя аспартам, както и подсладители като тауматин и монелин, пептиди от южноафрикански растения със значително по-висока сладост от тръстиковата захар. Добавките, произведени в генетично модифицирани микроорганизми, са идентични със съответните конвенционални вещества.
Генетично модифицирани микроорганизми като начални култури
Области на приложение на генетично модифицирани микроорганизми възникват при производството на храни не само при извличането на помощни вещества- и добавки, но също така навсякъде, където микроорганизмите се използват директно под формата на закваски и защитни култури. Дрождите се използват от хилядолетия за производството на хлебни изделия и алкохолни напитки и млечнокисели бактерии за производството на всички видове сирена, кисело мляко и кисело мляко или за рафиниране на месо и колбаси. Около една четвърт от нашата храна днес се произвежда чрез ферментация. Понастоящем разпознаваеми цели на генетичната модификация на стартерните култури са оптимизирането на свойствата на продукта, хранително-физиологичното надграждане на продуктите, оптимизирането на производствената технология и опазването на хигиенния статус на продуктите. Съответно генетично модифицирани дрожди, млечнокисели бактерии и плесени все още не се използват, въпреки че голям брой щамове вече са генетично модифицирани по целия свят. Остава да видим дали тези генетично модифицирани микроорганизми могат да издържат на сравнение с традиционните култури в индустриален мащаб.
Чрез синтезиране на нови съставки като витамини или аминокиселини в началните култури, ферментиралите продукти могат също да бъдат надградени хранително. Ароматизаторите и подсладителите могат също да бъдат произведени директно от самите стартерни култури, след като съответните гени са били прехвърлени и следователно вече няма да се налага да се получават отделно и да се добавят към крайните продукти.
Генетично модифицирани микроорганизми като защитни култури
Осигуряването на хигиенния статус на продуктите, по-специално борбата с патогенните микроби в храните, е важна задача за хранителната промишленост. Има много причини, поради които е желателно да не се използват традиционни консерванти, а консервирането на органични храни (процес на консервиране) чрез използването на генетично модифицирани защитни култури е алтернатива или може да се използва в комбинация с химически и физични методи.
Генетично модифицирани култури
В наши дни почти всички култури са доразвити в комбинация от генно инженерство и класическо отглеждане (т.нар. зелено генно инженерство). В допълнение към най-важните като царевица, ориз, пшеница, ръж, соя, сладки картофи, картофи и домати, това сега засяга повече от 90 други вида. Към юни 2001 г. 79 трансгенни растения са получили одобрение в цял свят и много други се тестват. Опитът с полеви опити на трансгенни растения е предимно в САЩ и Канада и в по-малка степен в някои западноевропейски страни. Към днешна дата са проведени над 10 000 такива полеви изпитания и не е намерено освобождаване, което да показва, че се очакват определени опасности или неконтролируеми събития. В световен мащаб само през 1999 г. 36 трансгенни сорта са отгледани в търговската мрежа на площ от 38 милиона хектара. През 2000 г. строителната площ се е увеличила до 44,2 милиона хектара.
Оптимизиране на съставките и поведение при отглеждане
Генното инженерство също може да допринесе за развитието на функционални храни. Например, възможно е да се увеличи синтеза на здравословни вторични растителни вещества в някои растителни видове или части от растенията. На много фитохимикали е отредена важна роля за поддържането на здравето на хората. Правят се промени и в царевицата и другите зърнени култури, за да се даде възможност и да се увеличи синтеза на олигозахариди с пробиотични ефекти.
По отношение на растенията се работи и за намаляване на съдържанието на естествено срещащи се анти-хранителни или токсични съставки чрез генно инженерство. Това би могло например да подобри смилаемостта на протеините и бионаличността на минерали и микроелементи, а маринованият боб и неузрелите зелени домати или маниока биха били по-безопасни за потребителите. Също така се работи по намаляване на съдържанието на кофеин в кафе на зърна чрез генно инженерство.
За да се повиши сетивното качество на растителните храни, се казва, че растенията синтезират определени аромати чрез генно инженерство-, Цвят- и подсладителите са активирани. Той също така се намесва в процеса на узряване на плодовете. Чрез забавяне на процеса на узряване, ароматите могат да бъдат обогатени в плодовете, което води до по-добър вкус. Най-известният пример е Флавр-Савр-Домат, който също може да получи пълното съдържание на ценни съставки чрез узряване на доматената пръчка. Подобни тестове бяха проведени и върху броколи, банани и малини. Генното инженерство също се използва, за да позволи доматите и другите плодове да се съхраняват при температури на замръзване, без да губят текстурата си или да променят аромата си.
Успехът на адаптирането на растенията към климатично неблагоприятни райони или към солени почви с помощта на генното инженерство е все още далеч, както и изграждането на самоплодни растения чрез прехвърляне на гените за фиксиране на азот от ризобия. Споменатите свойства зависят от няколко гена, които трябва да бъдат изразени в определено количество и последователност. Понастоящем това не е технически възможно.
Специални диети могат да бъдат създадени и с помощта на генното инженерство. Например, пациентите с фенилкетонурия не могат да метаболизират аминокиселината фенилаланин и следователно трябва да се хранят с диета с много ниско съдържание на фенилаланин. С помощта на генетично модифицирани микроорганизми или растения е възможно да се получи протеинова смес с ниско съдържание на фенилаланин. За тази цел беше направен опит да се експресира синтетичен ген, който кодира белтък без фенилаланин в естествено доста беден на фенилаланин картоф. Продължават проучванията и за разработване на безглутенова пшеница, за да се разшири асортиментът от печени изделия за пациенти с целиакия.
Генно инженерство и селскостопански животни
Понастоящем за селскостопанските животни генното инженерство играе само косвена роля. Събраната реколта и продуктите, преработени от трансгенни растения, също се използват като храна за животни. В допълнение, генното инженерство се използва в областта на ветеринарната медицина, за производството на ваксини за животни и за подпомагане на селекцията за разплод, използвайки селекция, базирана на маркери. Целите за развитие на трансгенните животни (трансгенни организми) са по-бърз растеж и по-голямо наддаване на тегло, устойчивост на типични патогени или по-добри животински продукти като пилешки яйца с ниско съдържание на холестерол, свинско с ниско съдържание на мазнини или краве мляко без лактоза. През следващите 20 години обаче сухоземните животни, които са се променили по този начин, е малко вероятно да придобият някакво значение, тъй като размерът и организацията на съответната генетика правят промените по-трудни. Трансгенните риби, от друга страна, могат да излязат на пазара през следващите три до пет години. Генетичната информация за растежен хормон от пъстърва сега съкращава времето, необходимо на шараните да бъдат готови за клане, а благодарение на защитния протеин от камбалата, трансгенната сьомга все още се храни и расте добре при ниски температури на водата.
Оценка на риска
Работим усилено по целия свят, за да променим състава на нашата храна. Диетата на голяма част от населението в развиващите се страни се състои главно от няколко основни храни като маниока, царевица или ориз, които са бедни на някои макроси- и основни микроелементи. Това води до недохранване и болести. Генното инженерство може да допринесе за подобряване на хранителната ситуация в райони с недостиг чрез увеличаване на хранителната плътност и чрез заместване на липсващите или модифициране на съществуващи компоненти. В допълнение, влошаването на качеството по време на съхранението на храни може да бъде намалено чрез предприемане на стъпки за намаляване на загубите след прибиране на реколтата от разваляне и заразяване с вредители. Освен това може да се постигне увеличаване на добива чрез разработване на устойчиви на вредители растения или чрез включване на неблагоприятни преди това места.
Разбира се, както използването на всяка друга технология, използването на генното инженерство крие определени рискове. За използване в хранителната промишленост единствените възможни донори или получатели на генетичен материал са тези организми, които отдавна са изпитани и доказани като безопасни. Следователно заплахата от намеса в генетичния материал обикновено не е от желаната промяна, а от неочаквани ефекти, например натрупване на токсини или анти-хранителни фактори, както и намаляване на ценни съставки или промени в бионаличността на микроелементи, макронутриенти и токсини. Тези последици, разбира се, не се ограничават до генно инженерни процеси, но могат да се появят и при традиционното развъждане.
Във връзка с използването на генно инженерство при производството на храни, винаги се изтъква повишен риск от алергии. Почти всички хранителни алергии се причиняват от протеини. Алергенният потенциал на протеините обаче е трудно да се предвиди. Прехвърлянето на ген към друг организъм не променя алергенния потенциал на съответния протеин, стига той да се произвежда в идентична форма. Ако е известно, че протеинът е безвреден, той ще остане такъв и след трансфера на гена, но ако идва от критична храна, той трябва да бъде изследван по-внимателно. И обратно, не може да се изключи, че протеини, които все още не са открити в нашата храна, причиняват алергични реакции, независимо дали се доставят от конвенционално отглеждан или генетично модифициран организъм.
Екологичните рискове също се обсъждат във връзка с отглеждането и отглеждането на генетично модифицирани растения. Използването на генно инженерство за разработване на по-продуктивни растения би довело до спад в биологичното разнообразие, а отглеждането на мащабни монокултури би насърчило ерозията на почвата. Освен това се опасява, че екосистемата ще бъде нарушена, например поради липса на адаптация.
правна рамка
В Германия храната, произведена с помощта на генно инженерство, подобно на конвенционално произведената храна, е предмет на Закона за храните и потребителските стоки. Той предвижда, че не може да се произвежда или пуска на пазара храна, която да навреди на човешкото здраве или да заблуди потребителя. Пускането на храните на пазара е отговорност на производителя и не изисква одобрение. В случай на добавки обаче принципът на забраната има предимство, т.е. те могат да се използват само след подходящо одобрение. За храни, които съдържат или се състоят от генетично модифицирани организми, разпоредбите на Закона за генното инженерство се прилагат в допълнение към общите разпоредби на Закона за храните и потребителските стоки. Регламентите за освобождаване и пускане на пазара на генетично модифицирани организми са хармонизирани в Европейския съюз от Директивата за освобождаване (освобождаване).
Генно инженерство и храна: Схематичен процес за производство на генетично модифицирани култури. [Снимки от mpb Collogne GmbH, Кьолн, m. frdl. одобрение] Генно инженерство и храна
Може да се интересувате и от: Spektrum - Die Woche: 48/2020