Неблагоприятные эффекты генно-инженерных организмов на здоровье человека, методы их оценки и способы предупреждения.

Среди потенциальных рисков для здоровья человека, связанных с использованием генно-инженерных организмов, рассматриваются следующие:

синтез новых для реципиентного организма белков — продуктов трансгенов, которые могут быть токсичными и или аллергенными; изменение активности отдельных генов живых организмов под влиянием вставки чужеродной ДНК, в результате которого может произойти ухудшение потребительских свойств продуктов питания, получаемых из этих организмов. Например, в генетически модифицированных продуктах может быть повышенный по сравнению с реципиентными организмами уровень каких-либо токсичных, аллергенных веществ, который превышает установленные пределы безопасности; горизонтальная передача трансгенов другим организмам, в частности маркерных генов устойчивости к антибиотикам от ГМО микроорганизмам пищеварительного тракта.

Понятно, что когда говорят о рисках для здоровья человека, связанных с ГМО, имеют в виду прежде всего риски при потреблении продуктов, полученных из них или произведенных ими (например, молока от генетически модифицированных коров). Стратегия оценки безопасности генетически модифицированных продуктов питания основана на принципе «существенной эквивалентности», разработанном OECD (Организацией экономического сотрудничества и развития).

Согласно этому принципу, оценивается не уровень безопасности новых продуктов питания как таковой, а его изменение в сравнении с традиционными пищевыми аналогами, имеющими длительную историю безопасного использования.

Для идентификации в новых продуктах и исходном сырье отличных от аналогов признаков, влияющих на уровень безопасности и питательную ценность пищевых продуктов, тщательному анализу подвергается информация, касающаяся характеристик исходного организма, от которого взят ген, предназначенный для трансгеноза, а также характера генетической модификации. Далее проводят сравнительный анализ генетически модифицированного организма и исходного (немодифицированного) организма. Для этого сопоставляют агрономические показатели, продукты встроенных генов, состав ключевых химических компонентов (в том числе питательных и антипитательных), профиль основных метаболитов, эффекты переработки исходного сырья.

Новый продукт (сорт растений) может быть:

эквивалентным по существенным признакам выбранному аналогу;
эквивалентным аналогу, за исключением одного (нескольких) существенного, хорошо определяемого признака;
не эквивалентным аналогу по существенным признакам.

Во 2-м и 3-м случаях проводится тщательная оценка безопасности отличных от исходного аналога признаков ГМО по таким показателям, как потенциальная токсичность, потенциальная аллергенность, возможность переноса генов устойчивости к антибиотикам микроорганизмам пищеварительного тракта, вероятность потенциального ухудшения пищевой ценности и усвоения питательных веществ.

Стратегия оценки потенциальной токсичности новых продуктов питания состоит в следующем.

Если исследуемое отличное от аналога вещество является известным компонентом растительной пищи, имеющим длительную историю безопасного использования, исследования токсичности новых продуктов не являются обязательными.

В иных случаях осуществляются:

определение концентрации потенциальных токсинов в съедобных частях растений;
установление удельного веса данного продукта в пищевом рационе определенных групп населения;
сравнение (для белков) их аминокислотной последовательности с таковой у известных токсинов и пищевых антагонистов (например, ингибиторов протеаз) по электронным базам данных;
оценка стабильности новых веществ к термической обработке;
определение скорости разрушения потенциальных токсинов в желудочно-кишечном тракте (в модельных системах);
анализ уровня токсичности новых веществ в модельных системах (культура клеток in vitro);
анализ токсичности в экспериментах по принудительному скармливанию лабораторным или домашним животным пищи, содержащей продукты, полученные из изучаемого генетически модифицированного организма, или ее новых компонентов в течение длительного времени (хронический эксперимент — продолжительность 1 — 2 года) либо в течение короткого времени, но с использованием высоких концентраций изучаемых продуктов (острый эксперимент — продолжительность около двух недель, концентрация изучаемого продукта трансгена до 5 граммов на килограмм веса животного).

Для оценки аллергенного потенциала продуктов трансгенов используется схема (набор и последовательность аналитических экспериментов), разработанная экспертами ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения) и ФАО (Организации ООН по продовольствию и сельскому хозяйству) (рисунок 13). Я не стану подробно объяснять читателю все детали этой и упомянутой выше схемы. Даже беглого взгляда на нее достаточно для понимая того, что любой трансгенный сорт, прежде чем будет официально допущен к использованию в хозяйственной деятельности, проходит тщательную всестороннюю, многолетнюю проверку на безопасность, особенно в тех случаях, когда его урожай предполагается потреблять в качестве продовольственного сырья. Ниже мы на конкретных примерах рассмотрим, как применяются перечисленные принципы и методы пищевой биобезопасности.

Схема ВОЗ-ФАО оценки аллергенности продуктов трансгенов

Внимательный читатель, ознакомившись с характеристикой выращиваемых в настоящее время трансгенных сортов растений может самостоятельно прийти к выводу, что среди продуктов привнесенных генов едва ли можно обнаружить такие, которые вызывали бы серьезные подозрения на предмет их потенциальной токсичности или аллергенности. В одних случаях речь идет о манипуляциях с собственными генами растения без привлечения чужеродной ДНК (томаты с удлиненным сроком созревания и хранения плодов, дыня с аналогичными свойствами, соя и рапс с улучшенным составом масла).

В других случаях трансгены кодируют образование ферментов, которые являются аналогичными как у растений, так и микроорганизмов (трансгенные растения, устойчивые к гербициду глифосату). А для получения генетически модифицированных сортов, толерантных к гербицидам сульфонилмочевине, имидозолинону и некоторым другим, вообще были использованы в качестве трансгенов растительные гены фермента ацетолактатсинтазы с «мутацией мишени» (от табака или арабидопсиса). При этом их безопасное потребление имеет длительную историю. То же можно сказать (в смысле истории) и о трансгенных сортах, устойчивых к вирусам. В клубнях любого обычного сорта картофеля всегда содержатся вирусные белки, причем в количестве, в сотни раз превышающем их содержание у трансгенных сортов. В зрелом зерне, силосе кукурузы, клубнях картофеля генетически модифицированных сортов, устойчивых к насекомым, не содержится продукта трансгена — Bt-протеина, который также имеет длительную историю безопасного применения. Этот перечень можно продолжить.

Из всего многообразия трансгенных сортов можно выбрать фактически только единицы, у которых в результате генетической модификации образуются действительно новые, не характерные для обычных сортов данного вида соединения.

Это ферменты фосфино-трицинацетилтрансфераза и неомицинфосфотрансфераза, которые обеспечивают дезактивацию соответственно гербицида глюфозината аммония (Либерти, Баста) и антибиотиков-аминогликозидов канамицина, неомицина, генетицина. Тем не менее и вещества, имеющие длительную историю безопасного использования, тоже проходят тщательную проверку.

Как видим, большинство белков — продуктов трансгенов относятся к нестойким соединениям: они легко денатурируют даже при относительно невысоких температурах (а следовательно, разрушаются при переработке растительного сырья) и кислотности среды.

Таблица 5 Характеристики белков — продуктов некоторых трансгенов

Белок¹	pH денатурации	Температура денатурации	Концентрация в тканях	Время переваривания
Белок¹	pH денатурации	Температура денатурации	Концентрация в тканях	в желудочном соке	в дуоденальном соке
NPT II			Картофель (клубни)- 2,7 мкг/г Хлопок (семена) -7 мкг/г	Половина - ≤ 10 сек; полностью - 20 мин	Половина - 2-5 мин
EPSPS	5	65°C в течение 15 мин	Хлопок (семена) - 60-70 мкг/г	Половина - ≤ 15 сек	Половина - ≤10 мин
PAT	4	75°С		1 мин; при pH 4 - 10 мин
CP PVY			≤2 мкг/г (в 12-244 раза ниже естественного уровня)
CRY I A(b)			Кукуруза во время цветения 8-16 г/га ; в конце вегетации ≤0,8 г/га; в зерне и силосе не обнаружен	Разведение: 1:1000- 10 мин; 1:100 - 5 мин 90% в течение 2 мин	Не переваривается
CRY IIIA			Картофель: листья - 20-63 мкг/г; клубни - 0,1-0,6 мкг/г	Аналогично CRY I A(b)	Аналогично CRY I A(b)

В таблице представлены характеристики следующих белков: NPT II (неомицин-фосфотрансфераза II) — продукт селективного гена устойчивости к антибиотикам канамицину, неомицину, генетицину, выделенного из транспозона Тп 5 E.coli; EPSPS (5-энолпирувилшикимат-З-фосфат синтаза) — продукт мутантного гена ср4 от Agrobacterium sp. (или аго А от Aerobacter; sm I от Salmonella), который обеспечивает устойчивость к гербициду глифосату (фирменные названия Раундап, Ураган); РАТ (фосфинотрицинацетилтрансфераза) — продукт гена pat от Streptomices viridichromogenus (или bar от S.hygroscopicus), который обеспечивает устойчивость к гербициду глюфозинату аммония (фирменные названия Баста, Либерти, Финал); СР PVY (белок капсиды вируса Y картофеля) — обеспечивает устойчивость картофеля к вирусу Y; CRY I A(b) (кристаллический протеин, 6-эндотоксин, Bt-токсин, Bt-протеин) — продукт укороченного гена почвенной бактерии Agrobacterium tume-faciens v. kurstaki, который обеспечивает устойчивость растений к насекомым из Le-pidoptera, например к личинкам точильщика кукурузы Ostrinia nubilalis; CRY ША (кристаллический протеин, 6-эндотоксин, Bt-токсин, Bt-протеин) — продукт укороченного гена почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens v.Tenebrionis, который обеспечивает устойчивость растений к насекомым из Coleoptera, например к колорадскому жуку Leptinotarsa decemlineata.

Все они быстро перевариваются в желудочном соке. Содержание их в растительных тканях очень низкое. Это означает малую вероятность того, что перечисленные протеины могут вызывать аллергические реакции. Ведь для аллергенов характерны следующие признаки: устойчивость к перевариванию, к переработке, молекулярная масса 10-70 кдальтон, содержание в пище более чем 1%. Для того чтобы развилась аллергическая реакция, белок должен поступать в тонкий кишечник в практически неизмененном состоянии (там происходит его всасывание в кровь с последующим образованием антител).

Оценка вероятности потенциального ухудшения пищевой ценности и усвоения питательных веществ.

На практике обычно получают большое количество трансгенных форм, из которых в ходе последующей традиционной селекции отбирают образцы без видимых мутаций. Затем тщательнейшим образом изучают безопасность отобранных форм для здоровья человека и окружающей среды. В частности, анализируют содержание в растительном сырье как питательных (белки, жиры, углеводы, минеральные элементы, витамины и т.п.), так и потенциально опасных для здоровья веществ. Чтобы трансгенный сорт был допущен к хозяйственному использованию, он не должен существенно отличаться от исходного сорта, кроме как по привнесенному в результате трансгеноза признаку или по признакам, которые были целью генетической модификации (концепция существенной эквивалентности). Так, результаты 1400 аналитических экспериментов, проведенных при изучении вышеупомянутой RR-сои (устойчивой к Раундаупу), подтвердили полную идентичность трансгенного и исходного сортов сои как по питательным, так и антипитательным свойствам.

В качестве первых фигурировали: содержание белка, жира, волокон, зольных элементов, углеводов, калорийность, влажность зерна, «питательные» свойства переработанного зерна — сухой муки, обезжиренной муки, белкового изолята, концентрата, лецитина, очищенного масла, дезодорированного масла и т.п. Не выявлено различий по специфическим жирным кислотам, аминокислотам, в частности ароматическим аминокислотам (гер-бицидоустойчивость трансгенной сои связана с ключевым ферментом метаболизма ароматических аминокислот EPSPS). Естественно, особое внимание было уделено «антипитательным» компонентам соевого зерна: ингибитору трипсина, лектинам, фитоэстрогенам (генистеину и додзеину), стахиозе и фитату. По содержанию этих веществ генетически модифицированный организм и исходная линия также не различались. Анализ «существенной эквивалентности» ГМО и исходной линии наиболее актуален для видов растений, которые в принципе могут быть опасными для здоровья человека: картофель, томаты (из-за токсичных гликоалкалоидов), хлопок (из-за токсичного госсипола) и некоторые другие.

Следующим фактором, который рассматривается в качестве потенциального неблагоприятного эффекта генетически модифицированных организмов на здоровье человека, является горизонтальный перенос трансгенов (прежде всего генов устойчивости к антибиотикам) от ГМО микрофлоре пищеварительного тракта человека и животных. В состав любой трансгенной конструкции, как правило, входит помимо собственно трансгена и его регуляторных элементов и так называемый селективный (или маркерный) ген, необходимый для отбора трансформированных клеток. В качестве селективных генов обычно используют гены устойчивости к антибиотикам (канамицину, ампициллину, стрептомицину), которые уже утратили свое значение как антимикробные препараты из-за широко распространенной устойчивости микроорганизмов к этим антибиотикам.

Кроме того, вероятность переноса селективных генов из ДНК продуктов питания, полученных из генетически модифицированных организмов, к микроорганизмам пищеварительного тракта крайне низкая (она оценивается как приблизительно (10~17). Для этого требуется несколько крайне маловероятных событий: участок ДНК, содержащий селективный ген, не должен быть поврежден в процессе пищеварения, необходима гомология селективного гена или прилегающих к нему районов ДНК с ДНК хромосомы или плазмиды болезнетворной бактерии пищеварительного тракта, а для того, чтобы селективный ген экспрессировался в ней после переноса, он должен встроиться под подходящим прокариотическим промотором. Если умножить вероятность горизонтального переноса селективного гена на возможные последствия такого переноса (появление одной новой бактерии с устойчивостью к антибиотику в придачу к тысячам уже существующих с такой же устойчивостью), то серьезно обсуждать подобные риски можно, пожалуй, только перед непросвещенной публикой в пропагандистских целях. Еще более несерьезным выглядит рассмотрение последствий переноса трансгенов или селективных генов в ДНК клеток человека: продолжительность жизни клеток эпителия пищеварительного тракта около 7 дней, никакого контакта пищи с половыми клетками человека не может быть в принципе.

Хотя, как было показано выше, наличие в трансгенных конструкциях селективных генов антибиотикоустойчивости не является опасным для здоровья человека и окружающей среды, но, учитывая озабоченность, а часто и неприятие общественностью этого факта, ученые прилагают усилия по разработке альтернативных селективных систем.

Так, все чаще в качестве селективных генов используют гены устойчивости к гербицидам (правда, экологи опасаются, что это приведет к росту гербицидоустойчивости сорняков), нетоксичным сахарам (типа ксилозы, маннозы, 2-деоксиглюкозы), гены индуцированной экспрессии фитогормонов и другие. Разработаны методы удаления селективных генов у трансформантов после проведения селективной процедуры или получения безмаркерных трансгенных линий с помощью котрансформации с последующим негативным отбором по селективным генам в беккроссных поколениях.