Genetické inžinierstvo a potraviny - Encyklopédia výživy
Encyklopédia výživy: genetické inžinierstvo a potraviny
Genetické inžinierstvo a potraviny
R. Greiner a U. Konietzny, Karlsruhe
Špecifické oblasti použitia
Deklarovaným cieľom poľnohospodárstva a potravinárskej technológie vždy bolo zabezpečenie dostatočného množstva potravín, konzervácia potravín, výživové a senzorické zlepšenie potravín, optimalizácia výroby a prípravy potravín a zaistenie bezpečnosti potravín. Kultivačné a výrobné techniky sa však v priebehu tisícročí neustále menili. Ako moderný proces biotechnológie sa dnes genetické inžinierstvo používa s rôznymi cieľmi v poľnohospodárstve a výrobe potravín. Napríklad jedlo môže obsahovať prísady z geneticky modifikovaných organizmov (GMO) alebo sú vyrobené z geneticky modifikovaných mikroorganizmov s enzýmami a pomocnými látkami. Potraviny môžu obsahovať aj zložky z geneticky modifikovaných plodín, ako napríklad olej z repky olejnej alebo sóje odolnej voči herbicídom (odolnosť voči herbicídom) a cukor z cukrovej repy rezistentnej na vírusy (odolnosť proti vírusom). Nakoniec môžu potraviny obsahovať aj geneticky modifikované organizmy, ako je jogurt so živými kultúrami alebo niva, alebo dokonca môžu predstavovať geneticky modifikovaný organizmus, napríklad paradajku Flavr-Savr (obr.).
Enzýmy, prísady a hormóny z mikrobiálnej výroby
Využitie genetického inžinierstva v potravinárskom priemysle je najpokročilejšie v oblasti mikrobiálnej výroby enzýmov. Jedným z dôvodov je to, že enzýmy sú obvykle kódované iba jedným génom a sú syntetizované priamym prekladom genetickej informácie. Mikroorganizmus možno ľahko optimalizovať pomocou genetického inžinierstva tak, aby mohol produkovať určitý enzým v dostatočnom množstve. Samotná výroba je ekonomická a ekologická. Viac ako 40 enzýmov komerčne dostupných na celom svete z geneticky modifikovaných mikroorganizmov je rovnakých ako tie, ktoré sa vyrábajú konvenčne. Od tradičných enzýmov sa teda líšia iba spôsobom, akým sa vyrábajú. V budúcnosti bude tiež možné ekonomicky vyrábať enzýmy, ktoré sa nedajú vyrobiť konvenčne v geneticky modifikovaných mikroorganizmoch. Okrem toho je možné proteínové inžinierstvo použiť na špecifickú a špecifickú zmenu štrukturálneho génu, vďaka čomu sú k dispozícii nové enzýmy, ktoré sú optimálne prispôsobené surovine, ktorá sa má prevádzať, a výrobnému procesu.
Enzýmy a ďalšie bielkoviny určené na chov zvierat sa môžu tiež vyrábať v geneticky modifikovaných mikroorganizmoch. Enzýmy sa pridávajú do krmiva pre zvieratá ako doplnok k jeho vlastným tráviacim enzýmom, čo umožňuje lepšiu premenu krmiva a úľavu od životného prostredia v oblastiach intenzívneho chovu zvierat. Rastové hormóny pre chov zvierat možno poskytnúť tiež v dostatočnom množstve. Hovädzí rastový hormón BST (Somatotropín) sa používa napríklad na zvýšenie dojivosti kráv.
Ďalším dôležitým trhom v rámci spracovania potravín sú prísady. Používajú sa ako zvýrazňovače chuti, sladidlá, vitamíny, aminokyseliny, arómy, farbivá, konzervačné látky, emulgátory a zahusťovadlá. Ich výroba by mohla byť tiež účinnejšia, výnosnejšia a niekedy ekologickejšia pomocou transgénnych mikroorganizmov. Napríklad chemická syntéza môže byť nahradená bakteriálnou fermentáciou. Práca v oblasti výroby prídavných látok v geneticky modifikovaných mikroorganizmoch sa doposiaľ z veľkej časti obmedzovala na vitamíny, napríklad vitamíny C, B2, B12 a biotín, a aminokyseliny, napr. B. glutamát ako zvýrazňovač chuti a fenylalanín na syntézu sladidla aspartám, ako aj sladidlá ako thaumatín a monellín, peptidy z juhoafrických rastlín s výrazne vyššou sladkosťou ako trstinový cukor. Doplnkové látky vyrobené v geneticky modifikovaných mikroorganizmoch sú identické s príslušnými konvenčnými látkami.
Geneticky modifikované mikroorganizmy ako štartovacie kultúry
Oblasti použitia geneticky modifikovaných mikroorganizmov vznikajú pri výrobe potravín nielen pri extrakcii pomocných látok- a prísady, ale tiež všade tam, kde sa mikroorganizmy používajú priamo vo forme štartovacích a ochranných kultúr. Kvasinky sa po tisícročia používajú na výrobu pekárskych výrobkov a alkoholických nápojov a mliečnych baktérií na výrobu všetkých druhov syrov, jogurtov a kyslého mlieka alebo na rafináciu mäsa a údenín. Asi štvrtina našich potravín sa dnes vyrába fermentáciou. V súčasnosti rozpoznateľné ciele genetickej modifikácie štartovacích kultúr spočívajú v optimalizácii vlastností produktu, nutrično-fyziologickom zdokonalení produktov, optimalizácii výrobnej technológie a zaistení hygienického stavu produktov. Zodpovedajúcim spôsobom geneticky modifikované kvasinky, mliečne baktérie a plesne sa zatiaľ nepoužívajú, hoci po celom svete už bolo geneticky modifikované veľké množstvo kmeňov. Zostáva zistiť, či tieto geneticky modifikované mikroorganizmy vydržia porovnanie s tradičnými kultúrami v priemyselnom meradle.
Syntetizáciou nových prísad, ako sú vitamíny alebo aminokyseliny v štartovacích kultúrach, je možné tiež výživovo vylepšiť fermentované produkty. Arómy a sladidlá by tiež mohli byť vyrobené priamo štartovacími kultúrami po prenose zodpovedajúcich génov, a preto by sa už nemuseli získavať osobitne a pridávať do hotových výrobkov.
Geneticky modifikované mikroorganizmy ako ochranné kultúry
Zabezpečenie hygienického stavu výrobkov, najmä boja proti choroboplodným zárodkom v potravinách, je dôležitou úlohou potravinárskeho priemyslu. Existuje veľa dôvodov, prečo je žiaduce nepoužívať tradičné konzervanty a alternatívou je biologická konzervácia potravín (konzervácia) pomocou geneticky modifikovaných ochranných kultúr alebo ich možno kombinovať s chemickými a fyzikálnymi metódami.
Geneticky modifikované plodiny
Takmer všetky plodiny sa v dnešnej dobe vyvíjajú kombináciou genetického inžinierstva a klasického šľachtenia (tzv. zelené genetické inžinierstvo). Okrem najdôležitejších, ako je kukurica, ryža, pšenica, raž, sója, sladké zemiaky, zemiaky a paradajky, to v súčasnosti ovplyvňuje viac ako 90 ďalších druhov. K júnu 2001 bolo na celom svete schválených 79 transgénnych rastlín a mnoho ďalších sa testuje. Skúsenosti s poľnými pokusmi s transgénnymi rastlinami majú hlavne USA a Kanada, v menšej miere aj niektoré západoeurópske krajiny. V medzinárodnom meradle sa doposiaľ uskutočnilo viac ako 10 000 takýchto poľných pokusov, pričom sa nezistilo, že by došlo k ich uvoľneniu, ktoré by naznačovali, že možno očakávať zvláštne nebezpečenstvo alebo nekontrolovateľné udalosti. Len v roku 1999 sa komerčne pestovalo 36 transgénnych odrôd na ploche 38 miliónov hektárov po celom svete. V roku 2000 sa stavebná plocha zvýšila na 44,2 milióna hektárov.
Optimalizácia zložiek a kultivačné správanie
K vývoju funkčných potravín môže prispieť aj genetické inžinierstvo. Napríklad je možné zvýšiť syntézu sekundárnych rastlinných látok podporujúcich zdravie u určitých druhov rastlín alebo častí rastlín. Mnoho sekundárnych rastlinných látok hrá dôležitú úlohu pri udržiavaní zdravia ľudí. Zmeny sa robia aj v kukurici a iných zrnách, aby sa umožnila a zvýšila syntéza oligosacharidov s probiotickými účinkami.
V rastlinách sa tiež pracuje na znížení obsahu prirodzene sa vyskytujúcich výživových alebo toxických zložiek pomocou genetického inžinierstva. To by mohlo napríklad zlepšiť stráviteľnosť bielkovín alebo biologickú dostupnosť minerálov a stopových prvkov a nakladané fazule a nezrelé, zelené paradajky alebo maniok by boli pre spotrebiteľov bezpečnejšie. Ďalej sa pracuje na znížení obsahu kofeínu v kávových zrnách pomocou genetického inžinierstva.
Na zvýšenie senzorickej kvality rastlinných potravín sa hovorí, že rastliny syntetizujú určité arómy pomocou genetického inžinierstva-, Farba- a sladidlá sú povolené. Zasahuje tiež do procesu dozrievania plodov. Oneskorením procesu dozrievania sa môžu ovocie obohatiť arómy, čo má za následok lepšiu chuť. Najznámejším príkladom je Flavr-Savr-Paradajka, ktorá dozretím na rajčinovej tyčinke môže tiež prijať plný obsah cenných prísad. Podobné testy sa uskutočnili aj na brokolici, banánoch a malinách. Genetické inžinierstvo sa tiež používa na to, aby sa paradajky a iné ovocie mohli skladovať pri nízkych teplotách bez straty ich textúry alebo zmeny arómy.
Úspechy v adaptácii rastlín na klimaticky nepriaznivé oblasti alebo na slané pôdy pomocou genetického inžinierstva sú ešte stále ďaleko, rovnako ako výstavba samooplodňujúcich rastlín prenosom génov na fixáciu dusíka z rizobie. Uvedené vlastnosti závisia od niekoľkých génov, ktoré musia byť exprimované v definovanom množstve a sekvencii. To v súčasnosti nie je technicky možné.
Špeciálne diéty je možné vyrobiť aj pomocou genetického inžinierstva. Napríklad pacienti s fenylketonúriou nemôžu metabolizovať aminokyselinu fenylalanín, a preto musia jesť stravu s veľmi nízkym obsahom fenylalanínu. Pomocou geneticky modifikovaných mikroorganizmov alebo rastlín je možné vyrobiť bielkovinovú zmes s nízkym obsahom fenylalanínu. Na tento účel sa uskutočnil pokus o expresiu syntetického génu, ktorý kóduje proteín bez fenylalanínu v zemiakoch, ktoré sú na chudnutie prirodzene dosť fenylalanínu. Pokračuje tiež výskum v oblasti vývoja bezlepkovej pšenice s cieľom rozšíriť sortiment pečiva pre pacientov s celiakiou.
Genetické inžinierstvo a hospodárske zvieratá
U hospodárskych zvierat hrá genetické inžinierstvo v súčasnosti iba nepriamu úlohu. Zberaná plodina a produkty spracované z transgénnych rastlín sa tiež používajú ako krmivo pre zvieratá. Okrem toho sa genetické inžinierstvo používa v oblasti veterinárneho lekárstva, na výrobu vakcín pre zvieratá a na podporu selekcie chovu pomocou selekcie na základe markerov. Cieľmi vývoja pre transgénne zvieratá (transgénne organizmy) sú rýchlejší rast a väčšie priberanie, odolnosť voči typickým patogénom alebo lepšie živočíšne produkty, ako sú kuracie vajcia s nízkym obsahom cholesterolu, bravčové mäso s nízkym obsahom tuku alebo kravské mlieko bez laktózy. Je nepravdepodobné, že v nasledujúcich 20 rokoch suchozemské zvieratá, ktoré sa príslušne zmenili, získajú nejaký význam, pretože veľkosť a organizácia príslušného genetického materiálu sťažujú zmeny. Transgénne ryby, na druhej strane, môžu prísť na trh v nasledujúcich troch až piatich rokoch. Genetické informácie o rastovom hormóne zo pstruhov teraz skracujú čas potrebný na to, aby boli kapry pripravené na zabitie, a vďaka ochrannému proteínu z platýsov transgénny losos stále dobre žerie a rastie pri nízkych teplotách vody.
Posúdenie rizík
Po celom svete tvrdo pracujeme na zmene zloženia našich potravín. Strava veľkej časti populácie v rozvojových krajinách pozostáva hlavne z niekoľkých základných potravín, ako je maniok, kukurica alebo ryža, ktoré sú v niektorých makroekonomických pomeroch chudobné.- a základné mikroživiny. To vedie k podvýžive a chorobe. Genetické inžinierstvo môže prispieť k zlepšeniu výživovej situácie v nedostatkových oblastiach zvýšením hustoty živín a nahradením chýbajúcich alebo upravením existujúcich zložiek. Okrem toho je možné znížiť degradáciu kvality počas skladovania potravín podniknutím krokov na zníženie pozberových strát spôsobených znehodnotením a napadnutím škodcami. Zvýšenie výnosu je možné ďalej dosiahnuť vývojom rastlín odolných proti škodcom alebo zahrnutím predtým nepriaznivých polôh.
Rovnako ako použitie akejkoľvek inej technológie, použitie genetického inžinierstva samozrejme zahŕňa určité riziká. Na použitie v potravinárskom priemysle sú jedinými možnými darcami alebo príjemcami genetického materiálu tie organizmy, ktoré sú už dlho osvedčené a preukázané, že sú bezpečné. Hrozba zásahu do genetického materiálu teda spravidla nie je z požadovanej zmeny, ale z neočakávaných účinkov, napríklad akumulácie toxínov alebo antinutričných faktorov, ako aj zníženia hodnotných zložiek alebo zmenenej biologickej dostupnosti mikroživín, makroživín a toxínov. Tieto dôsledky sa samozrejme neobmedzujú iba na procesy genetického inžinierstva, ale môžu sa vyskytnúť aj pri tradičnom chove.
V súvislosti s využitím genetického inžinierstva pri výrobe potravín sa vždy poukazuje na zvýšené riziko alergií. Takmer všetky potravinové alergie spôsobujú bielkoviny. Alergénny potenciál bielkovín je však ťažké predvídať. Transfer génu do iného organizmu nemení alergénny potenciál zodpovedajúceho proteínu, pokiaľ sa produkuje v identickej forme. Ak bolo známe, že je proteín neškodný, zostáva ním aj po prenose génov, ale ak pochádza z kritickej potraviny, je potrebné ho podrobnejšie preskúmať. Naopak, nemožno vylúčiť, že bielkoviny, ktoré sa v našej potrave ešte nenašli, spôsobujú alergické reakcie bez ohľadu na to, či ich dodáva bežne chovaný alebo geneticky modifikovaný organizmus.
O ekologických rizikách sa diskutuje aj v súvislosti s pestovaním a šľachtením geneticky modifikovaných rastlín. Využitie genetického inžinierstva na vývoj produktívnejších rastlín by viedlo k poklesu biodiverzity a kultivácia rozsiahlych monokultúr by podporila eróziu pôdy. Okrem toho sa obáva, že dôjde k narušeniu ekosystému, napríklad nedostatočnou adaptáciou.
právny rámec
V Nemecku sa na potraviny vyrobené pomocou genetického inžinierstva, rovnako ako na konvenčne vyrábané potraviny, vzťahuje zákon o potravinách a spotrebnom tovare. Stanovuje, že sa nemôžu vyrábať alebo umiestňovať na trh potraviny, ktoré sú škodlivé pre ľudské zdravie alebo zavádzajúce spotrebiteľa. Za uvedenie potravín na trh je zodpovedný výrobca a nevyžaduje sa schválenie. V prípade prídavných látok však prevláda zásada zákazu, to znamená, že sa môžu používať až po príslušnom schválení. Na potraviny, ktoré obsahujú geneticky modifikované organizmy alebo z nich pozostávajú, platia popri všeobecných ustanoveniach zákona o potravinách a spotrebnom tovare aj ustanovenia zákona o genetickom inžinierstve. Predpisy o uvoľňovaní a uvádzaní geneticky modifikovaných organizmov na trh boli harmonizované smernicou o uvoľňovaní (Release) v Európskej únii.
Genetické inžinierstvo a potraviny: Schematický proces výroby geneticky modifikovaných plodín. [Fotografie od mpb Collogne GmbH, Kolín nad Rýnom, s frdl. Schválenie] Genetické inžinierstvo a potraviny
Mohlo by vás zaujímať: Spektrum - Die Woche: 48/2020