Классификация потенциальных опасностей при употреблении генетически модифицированных организмов (ГМО).

Генетически модифицированный организм (ГМО) — организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и микроорганизмов. Генетические изменения, как правило, производятся в научных или хозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутационного процесса.

Основным видом генетической модификации в настоящее время является использование трансгенов для создания трансгенных организмов.

В сельском хозяйстве и пищевой промышленности под ГМО подразумеваются только организмы, модифицированные внесением в их геном одного или нескольких трансгенов.

В настоящее время специалистами получены научные данные об отсутствии повышенной опасности продуктов из генетически модифицированных организмов по сравнению с традиционными продуктами.

Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) рассматривает использование методов генетической инженерии для создания трансгенных сортов растений либо других организмов как неотъемлемую часть сельскохозяйственной биотехнологии. Прямой перенос генов, отвечающих за полезные признаки, является естественным развитием работ по селекции животных и растений, расширивших возможности селекционеров в части управляемости процесса создания новых сортов и расширения его возможностей, в частности, передачи полезных признаков между нескрещивающимися видами.

Использование как отдельных генов различных видов, так и их комбинаций в создании новых трансгенных сортов и линий является частью стратегии FAO по характеризации, сохранению и использованию генетических ресурсов в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.

Во многих случаях использование трансгенных растений существенно повышает урожайность, по данным метаанализа, проведенного в 2014 г., урожайность ГМО-сельхозкультур за счет снижения потерь от вредителей на 21.6% выше, чем у немодифицированных, при этом расход пестицидов ниже на 36.9%, затраты на пестициды снижаются на 39.2%, а доходы сельхозпроизводителей повышаются на 68.2% [26].

Генетическая модификация – изменение генома живого организма с использованием технологии генной инженерии, путем внедрения одного или нескольких генов взятых у одного организма-донора другому. После такого внедрения (переноса) полученное растение уже будет называться генетически модифицированным, или же трансгенным. В отличие от традиционной селекции исходный геном растения при этом почти не затрагивается и растение получает новые признаки, которыми само оно до этого не обладало. К таким признакам (характеристикам, свойствам) можно отнести: устойчивость к различным факторам окружающей среды (к морозу, засухе, влаге и т.д.) к болезням, к насекомым-вредителям, улучшенные ростовые свойства, устойчивость к гербицидам, пестицидам. Наконец, ученые могут изменять пищевые свойства растений: вкус, аромат, калорийность, времени хранения. Используя генную инженерию можно повысить урожайность, что очень немаловажно, учитывая, что мировое население с каждым годом растет и увеличивается количество голодающих в развивающихся странах.

При традиционной селекции новый сорт можно получить только в пределах одного вида. Например, вывести совершенно новую разновидность риса, можно путем скрещивания разных сортов риса между собой. При этом получается гибридная комбинация, из которой затем селекционер отбирает только интересующие его формы.

Так как гибридизация осуществляется между отдельными растениями, практически невозможно вывести сорт, который бы обладал интересующими нас характеристиками, которые будут наследоваться следующими поколениями. Для решения подобной задачи требуется достаточно много времени. Если необходимо вывести новый сорт пшеницы и чтобы этот сорт приобрел некоторые признаки риса, то традиционная селекция тут бессильна. На помощь пришла генная инженерия, при ее использовании можно подопытному растению перенести определенные характеристики (свойства) и все это будет осуществляться на уровне ДНК, отдельных генов. Подобным способом, например, можно пшенице перенести ген морозоустойчивости.

Метод генетической модификации позволяет изолировать отдельные гены, которые ответственны за определенные свойства живых организмом и прививать их совершенно другим организмам, существенно укорачивая при этом срок создания нового вида. Именно поэтому многие селекционеры и ученые во всем мире используют эту технологию при выведении новых сортов. В настоящее время уже выведены устойчивые к пестицидам (гербицидам), насекомым-вредителям и болезням некоторые коммерческие сорта сельскохозяйственных культур. А также, получены сорта с улучшенными вкусовыми качествами, устойчивые к засухе и морозу [27].

Генная инженерия – технология, с помощью молекулярно-биологических методов позволяющая изменить строение генов или внести в организм чужеродные гены с заданными функциями. При этом в организм переносится только один ген, а остальной генотип остается неизменным, кроме того, можно придать организму признаки, которые нельзя перенести путем скрещивания с близкородственными видами.

С помощью методов генной инженерии появилась возможность создать организмы с новыми, ранее не присущими им свойствами. Например, неприхотливые и дешевые в содержании, чрезвычайно быстро размножающиеся бактерии могут синтезировать нужный белок со встроенного в их генотип чужого гена. Так, с использованием генетически-модифицированных (рекомбинантных, или трансгенных) бактерий, дешево, быстро и в больших количествах получают интерферон, инсулин, некоторые другие лекарственные препараты. Генетически модифицированные растения тоже могут вырабатывать лекарственные вещества. Большинство генных модификаций сортов направлено на развитие устойчивости к сельскохозяйственным вредителям или вирусам, выживание при обработке полей гербицидами, повышение вкусовых и технических качеств.

Улучшения качества и срока хранения пищевой продукции добиваются и другими, традиционными способами – выращивают растения с использованием большого количества химических удобрений или растительных гормонов, или обрабатывают плоды специальными сохраняющими составами. В продукты растительного и животного происхождения добавляют химические вещества – ароматизаторы, улучшители вкуса и консерванты. Генетический состав исходного организма при этом не изменяется, и к генной инженерии подобные методы улучшения качества продукции не имеют никакого отношения. Иногда недостаточно хорошо протестированные химические вещества, полученные с помощью генетически модифицированных организмов, выпускаются на рынок и зарекомендовывают себя не лучшим образом. Ошибки системы контроля продукции остаются незамеченными, и, как только потребитель слышит слово «получено с помощью генетически модифицированных организмов», во всем становится виновата генная инженерия. По сути же всё равно, каким именно образом был получен продукт – химическим синтезом, или синтезирован ГМ-организмом, он должен тщательно проверяться, и ответственность за его безопасность лежит на системе контроля за качеством продукции [28].

Основные этапы создания ГМО:

1. Получение изолированного гена;

2. Введение гена в вектор для переноса в организм;

3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм;

4. Преобразование клеток организма;

5. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают программы синтеза различных нуклеотидных последовательностей. Такой аппарат синтезирует отрезки ДНК длиной до 100—120 азотистых оснований (олигонуклеотиды).

Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты — рестриктазы и лигазы. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор.

Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки. Для введения готового гена в наследственный аппарат клеток растений и животных используется процесс трансфекции.

Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцистысуррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детёныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения [26].

Одним из главных доводов американских ученых, занимающихся созданием генетически модифицированных культур, является прямая экономическая выгода для сельского хозяйства. В США собирают четыре урожая в год. В России – один, причем не всегда удается его сохранить. Сторонники ГМП утверждают, что генная инженерия спасет растущее население земли от голода, ведь генетически модифицированные растения могут существовать на менее плодородных почвах и давать богатый урожай, а затем долго храниться. Использование ГМ-растений может позволить фермерам не только увеличивать объем продукции, но и значительно сократить использование пестицидов. Например, как утверждают американские ученые, при выращивании хлопка, полученного с использованием биотехнологий, требуется на 40 % меньше пестицидов, чем обычно. Однако, как говорят российские специалисты, в каком-то смысле употребление химических средств защиты растений безопаснее, чем генетически модифицированных организмов [28].

Встраивание в геном организма-хозяина новых конструкций имеет цель получить новый признак, недостижимый для данного организма путем селекции или требующий годы работы селекционеров. Но вместе с приобретением такого признака организм приобретает целый набор новых качеств, опосредованных как плейотропным действием нового белка, так и свойствами самой встроенной конструкции, в том числе ее нестабильностью и регуляторным действием на соседние гены. Все нежелательные явления и события, происходящие при возделывании и потреблении ГМО, можно объединить в три группы: пищевые, экологические и агротехнические риски.

1. Пищевые риски:

· Непосредственное действие токсичных и аллергенных трансгенных белков ГМО;

· Риски, опосредованные плейотропным действием трансгенных белков на метаболизм растений;

· Риски, опосредованные накоплением гербицидов и их метаболитов в устойчивых сортах и видах сельскохозяйственных растений;

· Риски горизонтального переноса трансгенных конструкций, в первую очередь в геном симбионтных для человека и животных бактерий (E.coli, Lactobacillus (acidophillus, bifidus, bulgaricus, caucasicus), Streptococcus thermophilus, Bifidobacterium и др.).

2. Экологические риски:

· Снижение сортового разнообразия сельскохозяйственных культур вследствии массового применения ГМО, полученных из ограниченного набора родительских сортов;

· Неконтролируемый перенос конструкций, особенно определяющих различные типы устойчивости к пестицидам, вредителям и болезням растений, вследствии переопыления с дикорастущими родственными и предковыми видами. В связи с этим снижение биоразнообразия дикорастущих предковых форм культурных растений и формирование «суперсорняков»;

· Риски неконтролируемого горизонтального переноса конструкций в ризосферную микрофлору;

· Негативное влияние на биоразнообразие через поражение токсичными трансгенными белками нецелевых насекомых и почвенной микрофлоры и нарушении трофических цепей;

· Риски быстрого появления устойчивости к используемым трансгенным токсинам у насекомых-фитофагов, бактерий, грибов и других вредителей, под действием отбора на признак устойчивости, высокоэффективного для этих организмов;

· Риски появления новых, более патогенных штаммов фитовирусов, при взаимодействии фитовирусов с трансгенными конструкциями, проявляющими локальную нестабильность в геноме растения-хозяина и тем самым являющимися наиболее вероятной мишенью для рекомбинации с вирусной ДНК.

3. Агротехнические риски:

· Риски непредсказуемых изменений нецелевых свойств и признаков модифицированных сортов, связанные с плейотропным действием введенного гена. Например, снижение устойчивости к патогенам при хранении и устойчивости к критическим температурам при вегетации у сортов, устойчивых к насекомым-вредителям;

· Риски отсроченного изменения свойств, через несколько поколений, связанные с адаптацией нового гена генома и c проявлением как новых плейотропных свойств, так и изменением уже декларированных;

· Неэффективность трансгенной устойчивости к вредителям через несколько лет массового использования данного сорта;

· Возможность использования производителями терминальных технологий для монополизации производства семенного материала [29].

Уже известно, что регулярное употребление ГМ-продуктов может, привесьте к серьезным проблемам. Ученые выделяют следующие основные риски потребления в пищу генетически модифицированных продуктов:

1. Аллергические реакции и метаболические расстройства, в результате непосредственного действия трансгенных белков;

2. Действия трансгенных белков могут снижать иммунитет всего организма (70% иммунитета человека – в кишечнике), а также нарушение обмена веществ;

3. Появление устойчивости патогенной микрофлоры человека к антибиотикам;

4. Различные нарушения здоровья в результате появления в ГМО новых, незапланированных белков или токсичных для человека продуктов метаболизма;

5. Нарушения здоровья, связанные с накоплением в организме человека гербицидов;

6. Сокращение поступления в организм необходимых веществ;

7. Отдаленные канцерогенный и мутагенный эффекты.

Помимо опасности для здоровья человека, учеными активно обсуждается вопрос, какую потенциальную угрозу несут биотехнологии для окружающей среды [30].

Активисты, выступающие против разработок генной инженерии приводят следующие доводы против использования ГМ продуктов:

1. Генная инженерия в корне отличается от выведения новых сортов и пород. Искусственное добавление чужеродных генов сильно нарушает точно отрегулированный генетический контроль нормальной клетки. Манипулирование генами коренным образом отличается от комбинирования материнских и отцовских хромосом, которое происходит при естественном скрещивании.

2. В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как она не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена. Поэтому невозможно предвидеть место встраивания и эффекты добавленного гена. Даже в том случае, если местоположение гена окажется возможным установить после его встраивания в геном, имеющиеся сведения о ДНК очень неполны для того, чтобы предсказать результаты.

3. В результате искусственного добавления чужеродного гена непредвиденно могут образоваться опасные вещества. В худшем случае это могут быть токсические вещества, аллергены или другие вредные для здоровья вещества. Сведения о подобного рода возможностях ещё очень неполны.

4. Не существует совершенно надёжных методов проверки на безвредность. Долее 10% серьёзных побочных эффектов новых лекарств не возможно выявить, несмотря на тщательные проводимые исследования на безвредность. Степень риска того, что опасные свойства новых, модифицированных с помощью генной инженерии продуктов, останутся незамеченными, вероятно, значительно больше, чем в случае лекарств.

5. Созданные до настоящего времени с помощью генной инженерии продукты питания не имеют сколько-нибудь значительной ценности для человечества. Эти продукты удовлетворяют, главным образом, лишь коммерческие интересы.

6. Знания о действии на окружающую среду генетически модифицированных продуктов, привнесённых туда, совершенно недостаточны. Не доказано ещё, что продукты с ГМ - компонентами не окажут вредного воздействия на окружающую среду и на человека. Экологами высказаны предположения о различных потенциальных осложнениях. Например, имеется много возможностей для неконтролируемого распространения потенциально опасных генов, используемых генной инженерией, в том числе передача генов бактериями и вирусами. Осложнения, вызванные в окружающей среде, вероятно, невозможно будет исправить, так как гены невозможно взять обратно.

7. Могут возникнуть новые и опасные вирусы. Экспериментально показано, что встроенные гены вирусов могут соединяться с генами инфекционных вирусов (так называемая рекомбинация). Такие новые вирусы могут быть более агрессивными, чем исходные. Вирусы могут стать также менее видоспецифичными. Например, вирусы растений могут стать вредными для полезных насекомых, животных, а также людей.

Знания о наследственном носителе - ДНК - очень неполны. Известно о функциях лишь 3% ДНК. Рискованно манипулировать сложными системами, знания о которых неполны. Обширный опыт в области биологии, экологии и медицины показывает, что это может вызвать серьёзные непредсказуемые проблемы и расстройства [31].

Сегодня в России официально разрешено к использованию 14 видов пищевой продукции, полученной с помощью трансгенных технологий: 3 линии сои, 6 линий кукурузы, 3 картофеля, 1 линия риса и ещё 1 сахарной свеклы для производства сахара.

ü Соя и её формы (бобы, проростки, концентрат, мука, молоко и т.д.);

ü Кукуруза и её формы (мука, крупа, попкорн, масло, чипсы, крахмал, сиропы и т. д.);

ü Картофель и его формы (полуфабрикаты, сухое пюре, чипсы, крекеры, мука и т.д.);

ü Томаты и его формы (паста, пюре, соусы, кетчупы и т.д.);

ü Кабачки и продукты, произведённые с их использованием;

ü Сахарная свекла, свекла столовая, сахар, произведённый из сахарной свеклы;

ü Пшеница и продукты, произведенные с её использованием, в том числе хлеб и хлебобулочные изделия;

ü Масло подсолнечное;

ü Рис и продукты, его содержащие (мука, гранулы, хлопья, чипсы);

ü Морковь и продукты, её содержащие;

ü Лук репчатый;

ü Шалот, порей и прочие луковичные овощи [32].

Многочисленные исследования этой проблемы свидетельствуют, что генетически модифицированная пища может представлять серьезную опасность для здоровья человека и для окружающей среды.

Российские медики настаивают на тщательных исследованиях и запрете использования таких компонентов хотя бы в производстве детского питания. Опасность для окружающей среды, которую таят в себе генетически модифицированные организмы, обсуждается биологами многих стран.

Выращивание и употребление в пищу генетически модифицированных организмов (ГМО) сопровождается несколькими рисками. Экологи опасаются, что генетически измененные формы могут случайно проникнуть в дикую природу, что приведет к катастрофическим изменениям в экосистемах.

Неконтролируемое потребление генетически модифицированных продуктов может иметь непредсказуемые последствия в будущем. Чтобы полностью понять все риски употребления в пищу трансгенных продуктов, должно пройти несколько десятков лет и смениться несколько поколений, питавшихся ГМП.

Сейчас многие страны используют ГМП. Среди них США, Канада, Китай, Австралия, Аргентина, Мексика, Уругвай. США является крупнейшим производителем ГМП, 80% продуктовых товаров США были изготовлены с использованием генетически модифицированных ингредиентов (ГМИ).

ГМИ входят в состав многих продуктов питания. ГМ кукуруза добавляется в кондитерские и хлебобулочные изделия, безалкогольные напитки. ГМ соя входит в состав рафинированных масел, маргаринов, жиров для выпечки, соусов для салатов, майонезов, макаронных изделий, вареных колбас, кондитерских изделий, белковых биодобавок, кормов для животных и даже детского питания. Из сои получают эмульгаторы, наполнители, загустители и стабилизаторы для пищевой промышленности.

Современные биотехнологические компании, занимающиеся производством трансгенных продуктов, развиваются стремительными темпами. Остановить производство, в которое были вовлечены огромные инвестиции, практически невозможно [28].

С целью снижения или исключения потенциального риска для живой природы и здоровья человека от применения ГМИ пищи необходимо осуществлять:

· Контроль за генно-инженерной деятельностью, производством, выпуском и реализацией ГМО;

· Медико-генетическую, технологическую и медико-биологическую оценку ГМИ;

· Мониторинговые мероприятия.

С целью контроля биобезопасности ГМИ производят следующее. Сначала изучают встроенную в ген конструкцию и сравнивают её с заявленной. Потом выясняют, так ли встроенный ген влияет на свойства растения, как заявлено. Обращают особое внимание на перенос генов бесполым и половым путём. Изучают подверженность трансгенных организмов болезням, а так же, что может произойти, если внедрённые гены попадут в другие культуры путём свободного скрещивания, как изменится восприимчивость последних к болезням и вредителям, как генетический продукт повлияет на другие виды растений и животных.

Экспертизу пищевой продукции из ГМИ осуществляют по следующим направлениям.

Последовательно производят медико-генетическую оценку (изучение заявленного внедрённого гена на молекулярном и клеточном уровне и его влияния на растение, другие растения, животных, человека), технологическую оценку (изучение органолептических, потребительских и технологических свойств продукта из ГМИ) и медико-биологическую оценку. По результатам медико-биологической оценки проходят клинические испытания, выдаётся заключение о качестве и безопасности продукции из ГМИ. Когда первая продукция из нового ГМИ была апробирована, производят гигиенический мониторинг, и, если его результаты положительны, то даётся разрешение на широкое применение ГМИ для пищевых целей.

Медико-биологическая оценка включает:

· Изучение химического состава;

· Оценку биологической ценности и усвояемости на лабораторных животных;

· Токсикологические исследования на лабораторных животных (5-6 мес);

· Оценка алергенных, мутагенных свойств и воздействия на репродуктивные функции лабораторных животных.

В странах ЕС пищевая продукция, содержащая ГМИ, снабжена специальными этикетками. В США специальная маркировка не требуется, если продукция и так признана безопасной.

В России на упаковку наносится информация: Генетически модифицированная продукция, полученная из генетически модифицированных источников, содержит компоненты, полученные из генетически модифицированных источников.

Обязательной маркировке подлежат следующие продукты из ГМИ:

· Из сои – концентрат белковый соевый, соевая мука, соевое молоко и т.д.;

· Из кукурузы – кукурузная мука, попкорн, кукуруза консервированная и т.д.;

· Из картофеля – картофель для непосредственного употребления в пищу, пюре картофельное сухое, картофельные чипсы и т.д.;

· Из томатов – томатная паста, пюре, кетчупы и т.д.;

· Из сахарной свёклы – меласса, пищевые волокна.

В Европе, согласно отдельным социологическим опросам, только 5 % всех жителей доброжелательно относятся к модифицированным продуктам, а 95 % убеждены, что они способны нанести серьезный вред здоровью.

Как показывают опросы общественного мнения, общество в целом не слишком осведомлено об основах биотехнологии [26].