Генетически модифицированные источники пищи

Генетически
модифицированные
источники пищи
Применение ДНК-технологий в
пищевой отрасли
ДНК-диагностика биологических загрязнений
пищевых продуктов вирусами, бактериями и их
токсинами
ДНК-идентификация видового состава
источников пищевого сырья и продуктов
ДНК-идентификация трансгенов
Получение ГМИ
ДНК-диагностика
(гено-диагностика)
–
методы
получения
информации
о
биологических объектах на основании
выявления особенностей их генома.
Диагностика бактериальной загрязненности
?
Образцы ДНК
Праймеры
К
1
2
Праймеры
К
1
2
Праймеры
К
1
2
Бактериологический метод
смыв
Определение видовой принадлежности сырья
Праймеры
Образцы ДНК
К
1
К
1
К
1
В
основе
метода
ДНК-анализа
видовой
принадлежности
мясной
продукции
лежит
определение
наличия
нуклеотидной
последовательности, характерной исключительно
для данного вида организмов.
В настоящее время коммерческие наборы позволяют
определить наличие в образце тканей следующих
животных: коровы, козы, свиньи, овцы, оленя,
курицы, гуся, индейки и утки. А также растительные
ткани кукурузы, сои и других видов растений.
Преимущества ПЦР-диагностики:
 Прямое определение наличия возбудителей
 Высокая специфичность метода ПЦР
 Высокая чувствительность
 Универсальность процедуры выявления
различных возбудителей
 Высокая скорость получения результата
анализа
ГМО

Генетически модифицированные
организмы - организмы, способные к
передаче или воспроизводству
генетического материала, отличные от
природных организмов, полученные с
применением методов генной инженерии и
содержащие генно-инженерный материал
(гены, фрагменты, комбинации генов).
Цель
создания
ГМО
–
целенаправленное
изменение
генотипа, минуя длительный процесс
отбора.
Трансгенные животные экспериментально полученные животные,
содержащие во всех клетках своего
организма дополнительную
интегрированную с хромосомами и
экспрессирующуюся чужеродную ДНК
(трансген), которая передаётся по
наследству по законам Менделя.
Трансгенез искусственный перенос экзогенной ДНК
(генов) через клетки зародыша в целые
организмы животных.
Трансген – это искусственно введенный и
интегрировавшийся в ДНК животных
чужеродный ген
Методы трансгенеза




метод микроинъекции
опосредованный ретровирусами перенос
генов
перенос трансформированных ядер
генеративных и соматических клеток
использование спермиев и
сперматогониев как переносчиков ДНК.
Метод микроинъекции
Степень интеграции (число трансгенных
животных от общего числа родившихся
животных) в зависимости от вида
животных колеблется в незначительных
пределах:




мыши – 15%,
свиньи - 10-15%,
кролики – 10%,
овцы, козы и коровы – 5-10%
Показатель общей
эффективности трансгенеза –
отношение числа полученных трансгенных
животных к общему числу пересаженных
эмбрионов, выраженное в процентах.
Величина этого показателя относительно
постоянна и составляет в среднем:
у мышей - 2%,
у кроликов - 1%,
у овец и коз - 0,5-1%,
у свиней и коров - 0,5%
Микроинъекция в пронуклеус зиготы
Получение яйцеклеток
Культивирование
после от
оплодотворения
мужской
пронуклеус
(овоцитов)
коров
и созревание
яйцеклеток
in vitro
образуется через 4 ч., а женский – через 13 ч.;
Экстракорпоральное
слияниеоплодотворение
пронуклеусов – через 19 ч.
Создание генетической
конструкции
Инъекция ДНК (1-2 пл)
Пересадка эмбрионов
реципиентам
Выявление особейтрансформантов
Спаривание
гемизиготных
особей
Гемизиготная особь
по трансгену
Особи первого поколения будут гемизиготны,
т.е. содержат трансген только в одной из пары
гомологичных хромосом.
Гомозиготная особь
по трансгену
Ретровирусные векторы


Результативным способом переноса ДНК в
эмбриональные линии животных является
применение так
называемых ретровирусных векторов,
чаще всего – векторов на основе ретровирусов
мыши типа С (вирус лейкемии мыши).
Впервые присутствие вирусной ДНК в клетках
взрослых мышей после инъекции ДНК вируса
SV40 было установлено в 1974 году [Jaenish
R., 1974].
Использование
ретровирусных векторов
Преимущество :

до 100% обработанных эмбрионов могут
быть успешно инфицированы
ретровирусами.
Использование
ретровирусных векторов
Недостатки:
 ограниченная емкость векторов (размер вставки не
должен превышать 8 тысяч п.н.)
 возможность активации клеточных онкогенов
посредством вирусных транскрипционных
последовательностей
 возможность подавления экспрессии трансгенов in
vivo вследствие инактивации вирусных промоторов в
клетках, например, посредством α- и γинтерферонов
 риск, что при рекомбинации с присутствующими в
эмбрионах эндогенными ретровирусными
последовательностями могут образовываться новые
активные формы ретровирусов.
Метод переноса
трансформированных ядер
Могут быть использованы как
полипотентные стволовые клеточные
линии, так и соматические клетки,
культивируемые in vitro.
Преимущества:



возможность тестирования интеграции
трансгена в культуре клеток. Т.е. каждый
эмбрион, развившийся в культуре после
пересадки ядер, будет трансгенным, и
последующая селекция трансгенных
эмбрионов не требуется
пересадка таких эмбрионов реципиентам
приведет к рождению только трансгенного
потомства
возможность в ряде случаев проводить
оценку экспрессии трансгенов in vitro
В 1996 году (Кэмпбелл с сотр.) была
продемонстрирована возможность
получения жизнеспособных овец
посредством пересадки ядер
соматических клеток, культивируемых
in vitro.
Использование
сперматозоидов




В качестве природного вектора, доставляющего ДНК
в клетки, могут быть использованы сперматозоиды
В 1971 году была показана возможность переноса
ДНК SV40 в яйцеклетки кроликов после
искусственного осеменения спермой,
предварительно инкубируемой с ДНК, но:
нет стабильности результатов;
до настоящего времени не установлен механизм
интеграции экзогенной ДНК в геном сперматозоидов
Основные
выводы
экспериментов
по
животных:
из
первых
трансформации
 стабильность чужеродной ДНК в клетках
организма-реципиента;
 стабильность чужеродной ДНК в поколениях (в
генеративных клетках).
Первые трансгенные животные в России
появились в 1982. С помощью микроинъекций
в пронуклеус зиготы в 1985 в США были
получены первые трансгенные
сельскохозяйственные животные (кролик,
овца, свинья).
 трансгенный атлантический лосось (фирма Aqua
Bounty) – прирост в 11 раз быстрее.
Синтез гормона
роста в печени
промотор
антифризного белка
бельдюга
ген гормона роста
чавыча
Рост трансгенного лосося
Направления трансгенеза
животных
Трансгенные животные с улучшенными
хозяйственно-полезными признаками
количественное и качественное изменение
продуктивности
резистентность к болезням
Трансгенные животные для медицинских
целей
животные-биопродуценты лекарственных веществ
животные – доноры органов для человека
Трансгенные животные для фундаментальных
научных исследований
GloFish – первое генетически
модифицированное домашнее животное
 «Гуманизированное молоко» - создание трансгенных
коров и коз с измененным составом молока
Животные с геном человеческого лактоферрина
Игорь Гольдман –
директор Института
биологии гена РАН
Получена трансгенная коза с
геном лактоферрина человека
 «Биологическая сталь» - создание трансгенных
организмов с генами паутины
Дрожжи
Тутовый шелкопряд
Коза
Трансгенные растения
ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ.
ЧТО ЭТО ТАКОЕ?
Трансгенными могут называться те виды растений, в
которых успешно функционирует ген (или гены),
пересаженные из других видов растений или
животных. Делается это для того, чтобы растениереципиент получило новые, удобные для человека
свойства, повышенную устойчивость к вирусам, к
гербицидам, к вредителям и болезням растений.
Пищевые продукты, полученные из таких
генноизмененных культур, могут иметь улучшенные
вкусовые качества, лучше выглядеть и дольше
храниться. Также часто такие растения дают более
богатый и стабильный урожай, чем их природные
аналоги.
Создание трансгенных растений в
настоящее время идёт по следующим
направлениям:





Получение сортов с/х культур с более высокой
урожайностью
Получение с/х культур, дающих несколько урожаев в год
Создание сортов с/х культур, токсичных для некоторых
видов вредителей (например, ведутся разработки,
направленные на получение сортов картофеля, листья
которого являются остро токсичными для колорадского
жука и его личинок)
Создание сортов с/х культур, устойчивых к
неблагоприятным климатическим условиям (например,
были получены устойчивые к засухе трансгенные растения,
имеющие в своем геноме ген скорпиона)
Создание сортов растений, способных синтезировать
некоторые белки животного происхождения (например, в
Китае получен сорт табака, синтезирующий лактоферрин
человека).
Свойства ГМ растений
В структуре посевных площадей, занятых под
трансгенными культурами, преобладают
сельскохозяйственные культуры со следующими
наследственными признаками:




устойчивые к гербицидам
устойчивые к насекомым-вредителям
устойчивые к гербицидам и насекомым-вредителям
устойчивые к вирусным и грибковым болезням.
Monsanto
Основная продукция — генетически
модифицированные семена кукурузы, сои,
хлопка, а также самый распространённый
в мире гербицид «Раундап».

устойчивость к пестицидам трансгенная соя с новым признаком
«Раунда́п Рэ́ди» (Roundup Ready, RR)

устойчивость к насекомым – хлопок
«Боллгард» (Bollgard)
Bt-растения
Бт-токсины (Bt-токсины) - распространённое
название класса белковых токсинов-инсектицидов,
исходно обнаруженных в почвенных бактериях
Bacillus thuringiensis. Получаемые из различных
штаммов этой бактерии (известно около 60
подвидов) белки избирательно уничтожают
различные отряды насекомых, при этом не
представляя вреда для млекопитающих. Гены Btтоксинов используются для модификации
сельскохозяйственных растений. Такие растения
часто называют по первым буквам латинского
названия этой бактерии (Bt-кукуруза, Bt-хлопок).
Золотой и обыкновенный рис
Северная Америка
США – крупнейший в мире производитель и
потребитель ГМО – лидируют как по площадям
посевов, так и по степени принятия обществом
трансгенной пищи. ГМ растения используются
повсеместно, составляя
40% выращиваемой в стране кукурузы,
81% сои,
65% канолы (рапса) и
73% хлопка, и эти цифры продолжают расти.
Общая площадь посевов ГМ культур, 1996 2011 (млн. га)
Источник: Клайв Джеймс, 2011.

Площади посевов генетически
модифицированных культур в мире в 2011
г. выросли до 160 млн га, или на 8%. В
прошлом году производством генетически
модифицированных культур занимались
16,7 млн фермеров, что на 8% больше,
чем в 2010 г. Такой показатель стал новым
рекордом.

Около 90% фермеров, которые посеяли
ГМ-культуры, являются мелкими
фермерами из стран, которые
развиваются. Там посевные площади
генетически модифицированных культур
за прошлый год выросли на 11% (на 8,2
млн га), что демонстрирует вдвое более
быстрый темп роста, чем в промышленно
развитых странах (на 5%, на 3,8 млн га).
Общая площадь посевов ГМ-культур, 1996 - 2011:
развитые и развивающиеся страны (млн га)
Источник: Клайв Джеймс, 2011
Ожидания от ГМО
Риски
Могут спасти население Земли от
нехватки продовольствия, решить
проблему голода.
Могут привести к мутациям в
человеческом организме.
Позволят людям обходиться без
ядохимикатов для борьбы с
вредителями растений и
удобрений
Могут привести к нарушению
равновесия в природе.
Позволят создать растениялекарства и вакцины
Могут привести к экологической
катастрофе.
Можно создавать организмы,
вырабатывающие химические
вещества, например, технические
масла, что позволит решить
проблему дефицита
энергетических ресурсов.
Выращивание технических
растений, например, рапса, может
привести к оскудению почв.
Генетически модифицированные культуры,
разрешенные для реализации в РФ:
Соя: Линия 40-3-2,
устойчивая к глифосату MONSANTO,
USA (1999)
 Сахарная свекла:
Линия 77
устойчивая к глифосату MONSANTO,
USA, Sygenta Seeds, France (2000)
 Картофель:
Рассет бурбанк ньюлив,
Супер ньюлив,
устойчивые к колорадскому жуку
MONSANTO,
USA (2000)

Маркировка пищевых
продуктов

В мире существуют разные подходы к
маркировке пищевых продуктов, полученных
из ГМИ. В США, Канаде и Аргентине данные
продукты не маркируются, в странах ЕС
принят 1 % пороговый уровень, в странах
Японии, Австралии - 5 % уровень.
Страны, где:
 запрещены (полностью или частично) импорт и коммерческое
культивирование ГМО
 обязательна маркировка продукции, содержащей ГМИ
Маркировка ГМИ-продуктов
в РФ

В целях реализации прав потребителей на получение
полной и достоверной информации о технологии
производства пищевых продуктов, полученных из
генетически модифицированных источников (ГМИ),
……… утверждены санитарные правила Сан ПиН
2.3.2.1842-04 "Дополнение и изменение № 3 с Сан
ПиН 2.3.2.1087-01", которые устанавливают в
Российской Федерации пороговый уровень для
маркировки пищевых продуктов, полученных из ГМИ,
на уровне 0,9% и включают в перечень пищевых
продуктов, подлежащих этикетированию, продукцию,
полученную с использованием генетически
модифицированных микроорганизмов, а также не
содержащих дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК)
и белок.