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

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Для корреспонденции

Тышко Надежда Валерьевна - кандидат медицинских наук, заведующая лабораторией оценки безопасности биотехнологий и новых источников пищи ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» Адрес: 109240, г. Москва, Устьинский пр., д. 2/14 Телефон: (495) 698-53-64 E-mail: tnv@ion.ru

Тышко Н.В.

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

ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии», Москва Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety, Moscow

В статье представлены данные об объемах мирового производства генно-инже-нерно-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

The article presents data on global production of genetically modified organisms of plant origin (GMO), as well as on basic principles of organizing and methodical maintenance of the GMO control system in the framework of worldwide trend to increasing usage of such products. The results of GMO turnover monitoring, that was conducted by Rospotrebnadzor in 2003-2016 (there were made more than 300 000 analysis), indicate a decrease of such products usage: from 10-12% in 2003-2004 to less than 0.1% to in 2016.

Keywords: geneticaliy-modified food sources of plant origin, GMO, control over GMO, polymerase chain reaction

Для цитирования: Тышко Н.В. Контроль за генно-инженерно-модифицированными организмами растительного происхождения в пищевой продукции: научное обоснование и методическое обеспечение // Вопр. питания. 2017. Т. 86. № 5. С. 29-33. Статья поступила в редакцию 24.07.2017. Принята в печать 08.09.2017.

For citation: Tyshko N.V. Control over genetically-modified sources of plant origin in food: scientific basis and methodical maintenance. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2017; 86 (5): 29-33. (in Russian) Received 24.07.2017. Accepted for publication 08.09.2017.

Control over genetically-modified sources of plant origin in food: scientific basis and methodical maintenance

Tyshko N.V.

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

Таблица 1. Перечень сельскохозяйственных растений, имеющих генно-инженерно-модифицированные (ГМ) аналоги*

* - серым цветом выделены основные ГМ культуры, производящиеся в промышленных масштабах.

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).

Культура Количество ГМ линий

Продовольственное назначение

Баклажаны 1

Бобы 1

Дыня 2

Кабачковые 2

Картофель 47

Кукуруза 231

Папайя 4

Пшеница 1

Рапс 43

Рис 7

Сахарная свекла 3

Сахарный тростник 3

Сладкий перец 1

Слива 1

Соя 36

Томаты 11

Цикорий 3

Яблоки 3

Хозяйственное назначение

Гвоздика 19

Лен 5

Люцерна 1

Петуния 1

Полевица ползучая 1

Розы 2

Табак 2

Тополь 2

Хлопок 58

Эвкалипт 1

Выработка механизмов законодательного регулирования биотехнологической продукции третьего и последующих поколений требует отдельного рассмотрения. Если ограничения, введенные Федеральным законом № 358-Ф3 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

Таблица 2. Генно-инженерно-модифицированные организмы растительного происхождения, прошедшие государственную регистрацию в Российской Федерации и разрешенные для использования при производстве пищевой продукции

Перечень линий Год регистрации

Соя, линия 40-3-2 1999

Соя, линия А2704-12 2002

Соя, линия А5547-127 2002

Соя, линия MON 89788 2010

Соя, линия BPS-CV127-9 2012

Соя, линия MON 87701 2013

Соя, линия FG72 2015

Соя, линия SYHT0H2 2016

Соя, линия M0N87701xM0N89788 2016

Всего 9 линий сои

Кукуруза, линия M0N810 2000

Кукуруза, линия GA21 2000

Кукуруза, линия NK603 2002

Кукуруза, линия Т25 2001

Кукуруза, линия MON863 2003

Кукуруза, линия Bt-11 2003

Кукуруза, линия M0N88017 2007

Кукуруза, линия MIR604 2007

Кукуруза, линия 3272 2010

Кукуруза, линия MIR162 2011

Кукуруза, линия 5307 2014

Кукуруза, линия M0N89034 2014

Кукуруза, линия 1507 2017

Всего 13 линий кукурузы

Рис, линия LL62 2003

Сахарная свекла, линия Н7-1 2006

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 - предподготовлен-ные, 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 термо-циклирования, 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,

Выделение ДНК

Общая схема лабораторных исследований пищевой продукции в рамках контроля за генно-инженерно-модифицированными организмами растительного происхождения

Расшифровка аббревиатур дана в тексте.

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. 10.

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 11. 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. 12. P. 5-19.

6. Tzotzos G.T., Head G.P., Hull R. Genetically Modified Plants. Assessing Safety and Managing Risk. London : Elsevier; Academic Press, 13. 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: 14. оценка безопасности и контроль. М. : Изд-во РАМН, 2007. 444 с. 15.

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». Методические указания МУК 4.2.2304-07 «Методы идентификации и количественного определения генно-инженерно-модифи-цированных организмов растительного происхождения». Методические указания МУК 4.2.3105-13 «Порядок и методы идентификации и количественного определения в пищевых продуктах ГМО, полученных с использованием новых биотехнологий».

Методические указания МУК 4.2.3309-15 «Методы идентификации и количественного определения новых линий ГМО 2-го поколения в пищевых продуктах». Методические указания МУК 4.2.3389-16 «Валидация методов, предназначенных для выявления и идентификации генно-инже-нерно-модифицированных организмов в пищевых продуктах и продовольственном сырье».

Официальный сайт Росстата России. URL: http://www.gks.ru. Методические указания МУК 4.2.3390-16. «Детекция и идентификация ГМО растительного происхождения методом полиме-разной цепной реакции в матричном формате».

References

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. 10.

3. Vasil I.K. The science and politics of plant biotechnology - a personal perspective. Nat Biotechnol. 2003; 21 (8): 849-51.

4. Guidance for risk assessment of food and feed from genetically 11. modified plants. EFSA, 2011. EFSA Panel on Genetically Modified Organisms (GMO). EFSA J. 2011; 9 (5): 2150-37.

5. Jaffe G. Regulating transgenic crops: a comparative analysis of dif- 12. ferent regulatory processes. Transgenic Res. 2004; 13: 5-19.

6. Tzotzos G.T., Head G.P., Hull R. Genetically modified plants. Assessing safety and managing risk. London: Elsevier; Academic Press, 13. 2009: 244 p.

7. Tutelyan V.A. (ed.). Genetically modified food sources. Safety sssessment and control. Elsevier; Academic Press, 2013: 338 p.

8. Tutelyan V.A. Genetically Modified Food Sources: Safety Assess- 14. ment and Control. Moscow: Izdatel'stvo RAMN, 2007: 444 p.

(in Russian) 15.

9. Methodical Guidelines MU 2.3.2.1917-04 «The procedure and organization of control over food products derived from/or with the use

of raw materials of plant origin, which have genetically modified analogues».

Methodical GuidelinesMU 4.2.2304-07 «Methods of identification and quantitative determination of genetically modified organisms of plant origin».

Methodical Guidelines MU 4.2.3105-13 «The procedure and methods of novel GMO identification and quantitative determination in food products».

Methodical Guidelines MU 4.2.3309-15 «Methods of identification and quantitative determination of 2nd generation GMO in foods».

Methodical Guidelines MU 4.2.3389-16 «The validation of methods for detection and identification of genetically modified organisms in food products and food raw materials The validation of methods for detection and identification of genetically modified organisms in food products and food raw materials».

Methodical Guidelines MU 4.2.3390-16 «Detection and identification of GMOs of plant origin by polymerase chain reaction in matrix format».