Контроль за генно-инженерно-модифицированными организмами растительного происхождения в пищевой продукции: научное обоснование и методическое обеспечение

РезюмеВ статье представлены данные об объемах мирового производства генно-инженерно-модифицированных организмов растительного происхождения (ГМО), а также изложены основные принципы организации и методического обеспечения системы контроля за ГМО в Российской Федерации в условиях общемировой тенденции увеличения использования такой продукции. Результаты мониторинга за оборотом ГМО на продовольственном рынке РФ, проведенного учреждениями системы Роспотребнадзора в 2003-2016 гг. (всего было выполнено более 300 тыс. исследований пищевых продуктов), свидетельствуют о снижении распространенности такой продукции: в 2003-2004 гг. доля продукции, содержащей ГМО, составляла 11-12% от всей продукции, имеющей генно-инженерно-модифицированные аналоги, в 2010 г. - 0,16%, в 2016 г. - менее 0,1%.

Ключевые слова:генно-инженерно-модифицированные организмы растительного происхождения, ГМО, контроль за ГМО, полимеразная цепная реакция

Вопр. питания. 2017. Т. 86. № 5. С. 29-33. doi: 10.24411/0042-8833-2017-00073.

Научный прогресс в области молекулярной биологии позволил создать новые методы селекционной рабо­ты, основанной на направленной модификации генома растений. С 1996 по 2016 г. мировые площади посевов генно-инженерно-модифицированных (ГМ) культур воз­росли более чем в 100 раз, достигнув 185,1 млн га [1], что составляет порядка 12% от площади всех возделы­ваемых в мире земель. По ситуации на середину 2017 г., ГМ аналоги имеют 28 видов растений продовольствен­ного и хозяйственного назначения, общее количес­тво существующих ГМ линий составляет 495, из них 462 линии сельскохозяйственных растений. Основными ГМ культурами являются соя, посевы которой занимают 91,4 млн га [49% от общей площади посевов генно-инженерно-модифицированных организмов раститель­ного происхождения (ГМО) и 78% от общей площади посевов сои], кукуруза - 60,6 млн га (соответственно 33 и 33%), хлопок - 22,3 млн га (12 и 64%), рапс - 8,6 млн га (5 и 24%) [1, 2]. В общей структуре мирового произ­водства ГМО соя, кукуруза, рапс и хлопок составляют примерно 99%, на долю прочих культур приходится не более 1% (табл. 1).

В Российской Федерации прошли государствен­ную регистрацию и разрешены для использования в пищу ГМ линии сои, кукурузы, риса и сахарной свеклы (табл. 2).

В настоящее время, согласно существующей неофи­циальной классификации, ГМО растительного проис­хождения подразделяют на культуры первого, второго, третьего и последующих поколений. Представленные на мировом продовольственном рынке ГМ культуры первого поколения, созданные с 1994 по 2004 г., обла­дают улучшенными по сравнению с их традиционными аналогами агрономическими свойствами, такими как устойчивость к пестицидам, вредителям, вирусам, гриб­ковым инфекциям, а также новыми потребительскими качествами. В начале 2000-х гг. предполагалось [3], что ГМО второго и последующих поколений будут ха­рактеризоваться, помимо измененных агрономических характеристик, пролонгированным сроком хранения, повышенной пищевой ценностью и вкусовыми свойс­твами, отсутствием аллергенов, способностью к проду­цированию иммунных препаратов и лекарств, измене­нием времени цветения и плодоношения, изменением размера, формы и количества плодов, повышением эффективности фотосинтеза, продуцированием пище­вых веществ с повышенным уровнем ассимиляции и т.п. Однако большинство ГМ культур второго поколения по своим характеристикам практически аналогичны ГМО первого поколения, разница между ними заключается лишь в использовании более современных, усовер­шенствованных методов трансформации генома рас­тений, позволяющих избежать использования генов устойчивости к антибиотикам в качестве маркеров модификации, а также в применении регуляторных элементов транскрипции (промоторов и терминаторов) [4, 5]. Кроме того, значительное количество ГМ куль­тур второго поколения представлено так называемыми гибридизационными стеками (от англ. breeding stacks), полученными в результате традиционного скрещивания 2 и более линий ГМО и характеризующимися комбина­цией признаков, присущих родительским ГМ линиям. Таким образом, данная неофициальная классификация в большей степени касается процесса совершенство­вания технологии создания ГМО; несмотря на доста­точно широкое использование, она весьма условна и не позволяет однозначно разделять классифициру­емые объекты в соответствии с их специфическими свойствами [5-7]. Исходя из наметившихся тенденций развития методов генной инженерии, многие ГМО тре­тьего поколения будут получены с помощью системы направленного редактирования геномов (CRISPR/Cas9). Внедрение новых технологий, размывающих границы между ГМ и традиционными организмами, обусловли­вает целый ряд сложностей, связанных с созданием правового поля, регламентирующего официальный ста­тус получаемой продукции (будет ли она признана ГМО и будут ли распространяться все соответствующие ограничения, касающиеся ГМО, на эту продукцию). Выработка механизмов законодательного регулирования биотехнологической продукции третьего и после­дующих поколений требует отдельного рассмотрения. Если ограничения, введенные Федеральным законом № 358-ФЗ от 03.07.2016 (запрет выращивания ГМО, запрет использования ГМ семенного материала на территории РФ), не затронут продукцию, получаемую с помощью CRISPR/Cas9 системы, это направление науки ожидает бурный рост, сопровождающийся внед­рением новых методов в практику селекционной работы и созданием новых хозяйственно-ценных и высокорен­табельных сортов растений, а также пород животных и штаммов микроорганизмов.

В условиях общемировой тенденции увеличения использования ГМО система контроля за оборотом ГМО является гарантией обеспечения необходимого уровня безопасности для населения в странах, им­портирующих продовольствие. Система контроля за ГМО на продовольственном рынке РФ разработана на основании фундаментальных исследований, про­веденных РАН, РАМН, РАСХН, и внедрена в практику Роспотребнадзора, агропромышленного комплекса страны, таможенной службы и других заинтересованных ведомств [7, 8].

Методическая база включает самые современ­ные методы, основанные на проведении полимеразной цепной реакции (ПЦР). По мере разработки ме­тодов выявления и идентификации ГМО в образцах пищевой продукции совершенствовалась и система контроля. Начиная с 2000 г. были разработаны 5 ме­тодических документов, регламентирующих порядок и организацию контроля за пищевой продукцией, со­держащей ГМО, методы пробоподготовки, протоколы проведения ПЦР, методы визуализации результатов исследований, алгоритмы интерпретации полученных данных [9-13].

Алгоритм контроля за ГМО включает 2 последова­тельных этапа, первый из них направлен на выявление рекомбинантных регуляторных последовательностей (промотора 35S и терминатора NOS, которые при­сутствуют практически у 100% ГМ линий, созданных до 2008 г.), второй этап - на идентификацию конкрет­ной ГМ линии и количественное определение ГМО в образце (см. схему). За 2003-2016 гг. учреждениями системы Роспотребнадзора проведено более 300 тыс. исследований пищевых продуктов в рамках контроля за оборотом ГМО.

Согласно результатам мониторинга, распространен­ность ГМ продуктов в Российской Федерации за по­следние годы значительно снизилась: в 2003-2004 гг. доля продукции из ГМО составляла 11-12% от всей продукции, имеющей ГМ аналоги, в 2010 г. - 0,16%, в 2016 г. - менее 0,1%. Такая тенденция свидетельствует об отказе производителей от использования биотехно­логического сырья: чаще всего происходит замена пол­ноценного растительного белка (сои) при производстве мясных и колбасных изделий на плохо усваиваемые соединительнотканные белки или крахмалсодержащие компоненты, что снижает пищевую ценность продуктов примерно на 20%. Принимая во внимание, что колбас­ные изделия традиционно являются существенным ис­точником белка в структуре питания населения России (например, за первое полугодие 2011 г. было потреблено 1 175,3 тыс. тонн), отказ от использования биотехноло­гического сырья вносит вклад в снижение потребления полноценного белка, в результате чего сильнее на­рушается баланс белков/жиров/углеводов в рационах россиян [14].

На протяжении 2003-2014 гг. действующая система контроля позволяла полностью контролировать обо­рот ГМО на продовольственном рынке РФ. Однако развитие генной инженерии привело к появлению биотехнологических культур второго поколения, в том числе культур с комбинированными признаками, ДНК которых или не содержит регуляторных последова­тельностей, или это принципиально новые последо­вательности, выявление которых требует отдельных длительных исследований. Такие ГМ культуры потен­циально могли присутствовать на рынке и оставаться неидентифицированными в рамках рутинного контроля за оборотом ГМО.

Для предотвращения риска снижения эффективности контроля за ГМО потребовалась интеграция усилий различных отделений РАН, были проведены интенсив­ные исследования в области создания методической и приборной базы, способной обеспечить надлежа­щий уровень контроля за оборотом новых поколений ГМО. В результате проделанной работы был создан новый оригинальный формат ПЦР - предподготовленные, свободно конфигурируемые ПЦР-матрицы и опти­мизированные тест-системы, позволяющие выявлять и идентифицировать большинство известных линий ГМО в рамках одного анализа. Значительная часть используемых в этих тест-системах специфических ре­активов (праймеры, ДНК-зонды) широко апробированы и используются для выявления и идентификации ГМО. Технические особенности проведения ПЦР с исполь­зованием ПЦР-матриц дают возможность значительно (в 2-3 раза) сократить время проведения реакции за счет существенного увеличения скорости термоциклирования, а также снизить расход реактивов за счет уменьшения реакционного объема (со стандар­тных 20-30 мкл до 1,2 мкл). Для упрощения интер­претации и систематизации полученных результатов была сформирована специализированная база дан­ных трансформационных событий и генетических эле­ментов, позволяющая определить линии ГМО, при­сутствие которых в исследуемом образце наиболее вероятно.

Применение предложенной модификации ПЦР с ис­пользованием ПЦР-матриц позволит существенно рас­ширить спектр одномоментно детектируемых объектов, повысить удобство, скорость работы и увеличить про­изводительность ПЦР-лабораторий, осуществляющих исследования в области контроля за оборотом ГМО. Алгоритм проведения исследований в новом формате и требования к реактивам и оборудованию были обоб­щены в новых методических указаниях, утвержден­ных Главным государственным санитарным врачом РФ, и внедрены в практику Роспотребнадзора [15].

Усовершенствованная система контроля позволит как предотвращать попадание незарегистрированных ГМО на российский продовольственный рынок, так и обеспечивать достоверность маркировки пищевой продукции.

Современный подход к маркировке ГМ пищевой про­дукции осуществляется с учетом требований россий­ской общественности и действующих международных норм. Маркировка, введенная в 1999 г. в качестве реко­мендательной меры (постановление Главного государс­твенного санитарного врача РФ № 13 от 08.04 1999), уже к 2002 г. приняла обязательный характер. Уста­новленный ею порог снизился с 5% в 2002 г. до 0,9% в 2007 г., став нормой, гармонизованной с аналогичной в странах Европейского союза (СанПиН 2.3.2.2227-07, Федеральный закон "О внесении изменений в закон Российской Федерации "О защите прав потребите­лей"" № 234-ФЗ от 25.10. 2007, Технический регламент ТС 022/2011).

Таким образом, к настоящему времени в России про­ведены обширные научные исследования, целью кото­рых являлось обеспечение эффективного контроля за ГМО первого и второго поколений, накоплен значитель­ный фактический материал, создана нормативно-мето­дическая база и существенный задел для дальнейших фундаментальных и прикладных научных исследований, а также реализована возможность использования ГМО для производства пищевых продуктов в рамках действую­щего законодательства. Вместе с тем тенденции развития новейших биотехнологий обусловливают необходимость в систематической разработке новых методических под­ходов для контроля за ГМО. Такие исследования должны проводиться в опережающем режиме на основе интегра­ции усилий не только ученых медицинского и биологичес­кого профиля, но и специалистов в области информатики, аналитической химии и других направлений.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 16-16-04123).

Литература

1. ISAAA. 2016. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2016. ISAAA Brief No. 52. ISAAA. Ithaca, NY, 2016. 125 p.

2. URL: http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/default.asp.

3. Vasil I.K. The science and politics of plant biotechnology - a personal perspective // Nat. Biotechnol. 2003. Vol. 21, N 8. P. 849-851.

4. Guidance for risk assessment of food and feed from genetically modified plants. EFSA, 2011. EFSA Panel on Genetically Modified Organisms (GMO) // EFSA J. 2011. Vol. 9, N 5. P. 2150-2137.

5. Jaffe G. Regulating transgenic crops: a comparative analysis of different regulatory processes // Transgenic Res. 2004. Vol. 13. P. 5-19.

6. Tzotzos G.T., Head G.P., Hull R. Genetically Modified Plants. Assess­ing Safety and Managing Risk. London : Elsevier; Academic Press, 2009. 244 p.

7. Tutelyan V.A. (ed.). Genetically Modified Food Sources. Safety Assessment and Control. Elsevier; Academic Press, 2013. 338 p.

8. Тутельян В.А. Генетически модифицированные источники пищи: оценка безопасности и контроль. М. : Изд-во РАМН, 2007. 444 с.

9. Методические указания МУ 2.3.2.1917-04 "Порядок и органи­зация контроля за пищевой продукцией, полученной из/или с использованием сырья растительного происхождения, имею­щего генетически модифицированные аналоги".

10. Методические указания МУК 4.2.2304-07 "Методы идентифика­ции и количественного определения генно-инженерно-модифицированных организмов растительного происхождения".

11. Методические указания МУК 4.2.3105-13 "Порядок и методы идентификации и количественного определения в пищевых продуктах ГМО, полученных с использованием новых биотех­нологий".

12. Методические указания МУК 4.2.3309-15 "Методы иденти­фикации и количественного определения новых линий ГМО 2-го поколения в пищевых продуктах".

13. Методические указания МУК 4.2.3389-16 "Валидация методов, предназначенных для выявления и идентификации генно-инженерно-модифицированных организмов в пищевых продуктах и продовольственном сырье".

14. Официальный сайт Росстата России. URL: http://www.gks.ru.

15. Методические указания МУК 4.2.3390-16. "Детекция и иденти­фикация ГМО растительного происхождения методом полимеразной цепной реакции в матричном формате".