ГМО: факты, анализ, выводы

Применение биотехнологий в производстве продуктов питания

Исторически сложилось так, что при производстве продуктов питания человек был вынужден приспосабливать под свои нужды весьма разнородный «исходный материал». Биотехнологии могут быть использованы для того, чтобы наилучшим образом приспособить пищевые культуры растений к нуждам потребителей. Культивирование в лабораторных условиях тканей растений позволяет выбирать из существующих или создавать искусственные варианты растений с улучшенными свойствами. Также в лабораторных условиях из культур тканей растений можно получать различные приправы и растительные красители – возможно, в будущем эти методики заменят их получение из растений, выращиваемых на полях [5,6].

С помощью генной инженерии можно изменять и свойства продуктов питания. Гены, кодирующие ферменты, участвующие в биосинтезе крахмала и липидов, изолируют и клонируют, а затем вносят в клетки растений для получения культур с определенным содержанием крахмала и масел в тканях. Таким же образом поступают с генами различных растительных пигментов. Теоретически можно «приспособить» трансгенные растения для продукции фармацевтических препаратов, таких, например, как факторы свертывания крови или гормоны роста. Например, был получен генетически модифицированный рапс, продуцирующий энкефалин [7]. Также с помощью применения антисенс-нуклеотидов можно удалить из тканей растений токсины и аллергены [5]. В исследовании, проведенном Бруксом и Барфутом [8] было показано, что ГМ-технологии оказали значимые положительные эффекты на развитие сельского хозяйства разных стран. В 2004 г. чистый доход от основного урожая генномодифицированных культур составил 4,8 миллиарда долларов США. Если прибавить к этому доходы от малого урожая сои в Аргентине, собранного в том же году, этот показатель вырастет до 6,5 миллиардов. Это эквивалентно повышению общемировой продукции основных четырех пищевых культур (сои, кукурузы, рапса и хлопка) на 3,1-4,2%. С 1996 г. по 2009 г. доходы сельского хозяйства в мире выросли более чем на 19 миллиардов долларов США, а если учитывать малые урожаи сои в Аргентине – то на 27 миллиардов.

Биотехнология применяется для улучшения свойств микроорганизмов, необходимых для получения кисломолочных продуктов, а также используемых в виноделии, в кулинарии и в кондитерском деле (имеются в виду бактериальные и дрожжевые культуры, используемые при изготовлении квашеной капусты, солений, маринадов, соевого соуса, вина, пива, хлеба и проч.). Например, были получены культуры микроорганизмов, выживающих в определенных диапазонах температур и рН. Аналогичные исследования были проведены с микроорганизмами, используемыми для получения уксусной кислоты, лимонной кислоты, этанола [9], никотина, витамина В12, ксантановой камеди и глутамината натрия. Помимо этого, с помощью технологий генной инженерии удалось получить микроорганизмы, выделяющие ферменты, разлагающие отходы, ранее считавшиеся «неуничтожимыми» [6].

Постоянно совершенствуется применение биотехнологических методов в разработке систем биомониторинга патогенов и различных токсичных веществ. Традиционные системы биомониторинга постепенно уступают место ДНК-микрочипам, а также наборам моноклональных антител – например, сегодня именно с помощью моноклональных антител выявляют остатки пестицидов в продуктах питания. Многообещающим подходом является разработка чисто молекулярных методов получения лекарственных препаратов, красок, инсектицидов, пищевых приправ и отдушек «в пробирке», то есть без использования микроорганизмов и растений [10].

Модификация с помощью генноинженерных методов вторичных метаболический путей микроорганизмов может способствовать снижению или увеличению в них концентраций тех или иных соединений либо групп соединений [11-13]. Чтобы снизить концентрацию того или иного соединения, можно использовать несколько подходов. Можно произвести нокаут гена, кодирующего фермент, участвующий в синтезе нежелательного компонента, например, с помощью антисенс-нуклеотидов, можно использовать метод так называемой РНК-интерференции, а также заблокировать фермент, участвующий в синтезе соединения, с помощью моноклональных антител, или усилить продукцию ферментов, участвующих в катаболизме нежелательного соединения. Антисенс-подход успешно применяется, например, при выведении сортов декоративных цветов разного цвета [10].

Фармацевтические культуры

Успехи генной инженерии означают для сельского хозяйства огромные плюсы и преимущества, однако вместе с тем несут в себе пока не очень ясные риски и противоречия. В экспериментах растения подвергают генетическим модификациям для получения из них впоследствии широкого спектра лекарственных препаратов, различных вакцин и проч. Несмотря на то, что такие технологии, войдя в рутинную практику, могут решить проблему доступности лекарств, существует опасность загрязнения нежелательными белками пищевых продуктов, предназначенных для потребления человеком и сельскохозяйственными животными, а также нанесения урона окружающей среде [14]. В свете множестве «за» и «против», возможно использование трех различных подходов для продвижения генетически модифицированных культур на рынок: предупреждающий подход, анализ рисков, а также анализ финансовой выгоды.

На сегодняшний день, однако, растения видятся биотехнологам не только как источник питания, но и как фабрики будущего, производящие лекарственные препараты, вакцины, инсулин, различные гормоны, ферменты и антитела. Первым этапом в превращении растений в такие «фабрики» является получение либо искусственный синтез генов, кодирующих необходимые белки, и встраивание этих генов в ДНК растительной клетки. Встроенные в ДНК чужеродные гены, или «трансгены», могут быть получены из растений других видов, а также выделены из геномов микроорганизмов или многоклеточных организмов. Генетически модифицированные растения можно затем культивировать, как обычные сельскохозяйственные культуры. В большинстве случаев из них выделяют затем интересующий белок, очищают его и при необходимости дополнительно модифицируют. В некоторых случаях, однако, растения модифицируют таким образом, что впоследствии вакцина или лекарственный препарат могут быть доставлены в организм человека или животного при употреблении в пищу плодов, листьев или других частей растения, что предпочтительнее, поскольку исключает дорогостоящий этап выделения и очистки белков и изготовления таблеток, пилюль и проч. [15].

Польза от «фармацевтических» культур

Возможность получать жизненно необходимые лекарственные препараты в больших количествах, при этом снизив их стоимость – основная причина активных исследований в области создания «фармацевтических» культур сельскохозяйственных растений [15-19]. Продуктами трансгенных растений уже сегодня могут быть гемоглобин, инсулин, гормоны роста, некоторые противораковые препараты, а также контрацептивы. В лабораторных условиях получены клетки растений, вырабатывающие вакцины против гепатита-В, холеры, бешенства, малярии и гриппа. Ведутся работы над сортом кукурузы, продуцирующим липазу – пищеварительный фермент, необходимый в терапии больных муковисцидозом. Также в перспективе предполагается использование кукурузы, бананов, томатов, моркови и латука для получения препаратов, необходимых в терапии ревматоидного артрита и других аутоиммунных заболеваний [15]. Эти овощи могут употребляться в пищу сырыми, что исключает разрушение лекарственных белков, которое неизбежно произошло бы при тепловой обработке.

В настоящее время основным методом изготовления многих лекарственных препаратов является получение необходимых соединений в культурах клеток бактерий, дрожжей, или высших животных. Однако у этих методов есть ряд существенных недостатков:

- Клеточные культуры требуют постоянного наблюдения, поскольку им необходимы определенные условия, чтобы вырабатывать необходимое количество препарата;
- Культивирование клеток бактерий, дрожжей и высших животных – крайне трудоемкая и дорогостоящая процедура, требующая сложного оборудования;
- Чтобы проявлять биологическую активность, многим белкам требуются модификации (например, добавление сахарных остатков), некоторые из которых могут быть произведены только в клетках млекопитающих;
- Для того, чтобы получить интересующий белок, в большинстве случаев необходимо разрушать клетки, что гораздо сложнее, нежели очистка белков из крови или из других биологических жидкостей [20].

Растения являются очень привлекательной альтернативой бактериальным культурам. Это особенно актуально для индустрии производства моноклональных антител, поскольку современные методики не могут обеспечить потребностей как фармацевтической индустрии, так и научных лабораторий [21]. Более того, более быстрое и дешевое производство должно существенно снизить цену конечного продукта и сделать его доступнее. Другой очень существенный плюс использования растений – это снижение риска передачи заболеваний, поскольку лекарственные препараты, получаемые в культурах клеток животных или, например, из молока трансгенных животных, могут быть загрязнены вирусами, вызывающими заболевания человека [14]. В целом наиболее предпочтительны злаковые культуры, поскольку количество белка, которое можно выделить из семян кукурузы, зерен риса и ячменя, обычно гораздо больше, нежели чем можно получить из вегетативных частей растений – листьев, стеблей и корней. Также нужно отметить, что белки могут в течение многих лет сохраняться в сухих семенах, в то время как в зеленых частях растений эти же белки могут подвергаться распаду. Управление по контролю качества продуктов и лекарств США (U.S. Food and Drug Administration, FDA) признало кукурузу безопасным продуктом питания, у подавляющего большинства людей не способным вызвать аллергию, поэтому семена кукурузы могут использоваться как «инертный носитель» для лекарственных препаратов. В 2004 г. Фишер и соавт. [16] отметили, что все большее количество биотехнологических компаний сосредотачивает свое внимание на табаке, а также на различных мхах, водорослях и даже ряске, рассматривая их как основу для нового фармацевтического производства. Тем не менее, подобные растения, особенно что касается ряски и многих водорослей, при попытках их массового культивирования могут выйти из-под контроля и стать причиной экологической катастрофы.