О ПРОБЛЕМАХ И ПЕРСПЕКТИВАХ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

В последние десятилетия непрерывно растет интерес к биотехноло­гии, особенно к практическому использованию ее достижений в области сельского хозяйства и производства продуктов питания. Это обусловле­но тем, что проблема питания для людей является основной. Население планеты постоянно увеличивается, и в настоящее время Землю населяет 6 млрд. человек, по прогнозам в 2025 г. будет проживать 8 млрд. чело­век, из них 1,5 млрд. — в развитых странах.

Такое увеличение численности населения сопровождается обостре­нием продовольственной проблемы, так как источники питания и прин­ципы его получения остаются прежними. И пищи, особенно белка, уже не хватает. Население развивающихся стран получает в 2 раза меньше растительного белка и в 5 раз меньше белков животного происхождения.

Чтобы ликвидировать дефицит белка, мировое производство пищи должно увеличиться за 20-25 лет не менее чем в^З раза, что практически нереально. Поэтому необходимо разработать новые принципы получе­ния пищи, чтобы обеспечить население достаточным количеством про­довольствия.

до настоящего времени основными направлениями увеличения объемов пищевой продукции являются повышение культуры сельскохо­зяйственного производства, расширение пахотных земель, улучшение селекции растений и домашних животных с целью выведения высоко­урожайных сортов и продуктивных пород, сокращение потерь продук­ции на всех этапах ее производства, транспортировки, хранения и реали­зации. Однако эффективность этих мер не столь велика.

Единственным выходом в современных условиях является разра­ботка новой стратегии добывания и производства пищи, которая связана с развитием биотехнологии.

Биотехнология представляет собой систему приемов направленно­го использования живых организмов и процессов жизнедеятельности в производстве.

Зарождение биотехнологии тесно связано с сельским хозяйством и переработкой сельскохозяйственной продукции. В древности люди не­осознанно использовали биосинтетическую деятельность микроорга­низмов для получения вина, пива, хлеба, сыра, силосования кормов, мочки прядильных растений. Дальнейшее развитие этих традиционных биопроизводств было связано с развитием исследований в области мик­робиологии. С конца XIX в. человек стал сознательно использовать оп­ределенные природные и мутантные формы микроорганизмов.

Бурное развитие биотехнологии на протяжении последних десяти­летий связано с прогрессом физико-химической биологии, которая пред­ставляет комплексное научное направление, объединяющее биохимию, генетику, молекулярную биологию. Это направление является фунда­ментом современной биотехнологии.

Современная биотехнология — комплексная, многопрофильная об­ласть знаний. Она включает в себя микробиологический синтез, генную, белковую, клеточную инженерии и инженерную энзимологию.

Используя достижения этих технологий, общество получает фер­менты, антибиотики, витамины, гормоны, диагностикумы, генетически модифицированные источники продуктов питания, биологические сред­ства защиты растений, биосенсоры, биочипы и целый ряд других ценных препаратов и устройств. Кроме того, биотехнологические методы при­меняются для переработки отходов, очистки сточных вод, для извлече­ния металлов из руд, получения удобрений, кормов, источников энергии.

Одним из направлений увеличения объемов пищевой продукции являются генно-модифицированные источники пищи.

Живой организм — химическая фабрика, все производство которой подчиняется наследственной программе, закодированной в ДНК. У всех представителей живой природы — бактерий, мышей, человека — ДНК построена по одному принципу.

За выработку какого-либо продукта и функцию, зависящую от про­дукта в организме, отвечают гены — участки ДНК. С помощью специаль­ных ферментов можно вырезать гены из ДНК одних живых объектов и вставить их в другие объекты. Ферменты «рестриктазы» разрезают мо­лекулу ДНК в определенных участках на кусочки, а другие ферменты — «лигазы» — сшивают участки ДНК.

Сочетание генов в новую структуру называется рекомбинацией, а получения ДНК — рекомбинатной.

Генетическая инженерия путем избирательного удаления и введе­ния генов позволяет получать организмы с полезными для человека свойствами.

Организмы, подвергшиеся генетической трансформации, называют трансгенными. У трансгенных организмов генетическая программа изменена с применением методов генной инженерии.

В результате трансгенной модификации получают растения, устой­чивые к вирусам, гербицидам, инсектицидам, к заморозкам или засухе. Это, в свою очередь, позволяет снизить количество применяемых герби­цидов и инсектицидов, их остаточное содержание в продукции. Кроме того, сокращается количество технологических операций при перера­ботке, уменьшаются потери, экономятся средства и материальные ресур­сы. Поэтому правительства многих стран вкладывают значительные средства в развитие биотехнологии, особенно в развитие генной и кле­точной инженерии. Так, в США, являющихся лидером в области совре­менной биотехнологии, для разработки новейших технологий образова­но большое число фирм, которые привлекают лучшие научные кадры, государственный и частный капитал. В Японии исследованиями в облас­ти биотехнологии заняты крупные фирмы. При этом и ставка делается на закупку патентов, лицензий генно-инженерных технологий, быструю подготовку специалистов путем стажировки за рубежом и расширение собственных исследований по генетической инженерии в университетах и лабораториях промышленных фирм.

В последние годы важное значение приобретают новые технологии получения трансгенных сельскохозяйственных животных и птицы, на­правленные на повышение продуктивности и качества мяса, его техно­логичность, промышленную пригодность. Возможность использования специфичности генов позволяет менять структуру и цвет мышечной тка­ни, рН, жесткость, влагоудерживающую способность, степень и характер жирности (мраморность), а также консистенцию, вкусовые и ароматиче­ские свойства мяса после технологической обработки. С помощью ген­ной инженерии можно не только добиться этих показателей, но и повы­сить устойчивость к заболеваниям, направленно изменив наследствен­ные признаки.

Из генетически модифицированных источников пищи особенно прочно в жизнь людей входят трансгенные растения.

Мировые продажи трансгенных растительных культур в 2000 г. со­ставили 2 млрд. долларов. По прогнозам к 2005 г. они достигнут 8 млрд. долларов. В прошлом году Китай от выращивания модифицированного хлопка получил более 1 млрд. долларов прибыли.

В мире зарегистрировано свыше 100 видов трансгенных растений. Среди промышленно культивируемых трансгенных растений доля ус­тойчивых к гербицидам составляет 71 %, а устойчивых к вредителям — 22 %. Площади возделывания этих растений неуклонно растут. В 2002 г. площадь выращивания этих культур в мире достигла почти 60 млн. га, большая часть из них (66 %) приходится на США и (21 %) на Аргентину.

Специалисты считают, что для того чтобы преодолеть продоволь­ственный дефицит, особенно в развивающихся странах, необходимо увеличить мировую площадь трансгенных растений до 177 млн. га без учета риса и пшеницы. Следует отметить, что устойчивый к вредителям риса проходит испытания в Китае, а устойчивая к гербицидам и вреди­телям пшеница — в Австралии.

Основными видами трансгенных растений в настоящее время яв­ляются соя, кукуруза и хлопок. Около 34 % американской кукурузы и 75 % сои выращивается из генетически модифицированных ростков. Соя в США используется при производстве более 3000 видов пищевых про­дуктов (чипсов, маргарина, соусов и др.).

Большая работа проводится по созданию трансгенных растений, несущих гены кодирующих синтез вакцин против различных болезней. При употреблении сырых плодов, овощей, несущих такие гены, проис­ходит вакцинация организма, и съедобные вакцины могут стать простым методом защиты людей и обеспечения безопасности питания в целом.

Несмотря на преимущества трансгенных растений, их пищевая и экологическая безопасность вызывает большие сомнения у населения.

Около 75 % американцев рассматривают применение биотехноло­гии как большой успех общества, особенно в последние 5 лет, а 44 % европейцев — как серьезный риск для здоровья. Наибольшие опасения у потребителей вызывает возможная реакция новых продуктов на орга­низм человека, а также на его потомство.

В этой связи Европейский союз принял решение запретить прода­жу генетически модифицированных продуктов в странах-членах ЕС, пока не будут проведены глубокие исследования их безопасности.

Следует отметить, что тесты, проводимые различными института­ми, на сегодняшний день не подтвердили опасности трансгенных орга­низмов и отрицательного действия на человека продуктов, полученных на их основе. Прогнозы об их потенциальной опасности строятся не на фактических данных, а на основании общебиологических закономерно­стей.

Потенциальную опасность трансгенных организмов для человека и окружающей среды связывают с возможным вытеснением природных организмов из их экологических ниш и последующим нарушением эко­логического равновесия; с уменьшением биоразнообразия и возможно­стью образования новых патогенов при бесконтрольном переносе транс­генных организмов в природные системы. Кроме того, аналитические исследования указывают на возможные аллергенные и токсические про­явления, а также на технологические и внешние потребительские свой­ства продукта из трансгенных организмов.

Первопричиной таких последствий является рекомбинантная ДНК и возможность синтеза на ее основе новых, не присущих данному виду продукции белков. Именно новые белки могут самостоятельно вызывать аллергенные свойства и токсичность генетически-модифицированных продуктов.

Для выявления содержания ключевых нутриентов, аллергенных и токсических проявлений, влияния на технологические и внешние потре­бительские свойства готовой продукции, по каждому новому продукту проводится экспертиза, позволяющая оценить органоспецифическое действие пищи на основе трансгенных организмов. Безопасность гене- тически-модифицированной пищи оценивают по результатам медико- биологической, медико-генетической и технологической экспертизы.

Проверкой продуктов на наличие ГМ-компонентов занимаются ре­гиональные центры Госсанэпиднадзора, оснащенные современным обо­рудованием.

Необходимо отметить, что подавляющее большинство новых ГМИ не обладают аллергенностью и токсичностью и пока нет однозначных научных доказательств их вреда. Поэтому каждый потребитель должен сам решать, покупать ли ему генетически-модифицированный продукт или нет.

Несмотря на продолжающиеся споры о преимуществах и недос­татках подобных культур, в особенности в странах ЕС, миллионы круп­ных и мелких фермеров продолжают расширять свои площади, где вы­ращивают генетически модифицированные растения. Это является са­мой наглядной демонстрацией экономических выгод, которые представ­ляют подобные культуры.

В 2002 г. 6 млн. фермеров в 16 странах мира выбрали для выращи­вания трансгенные культуры. При этом более 75 % из них — малообеспе­ченные фермеры, живущие в развивающихся странах с странах с пере­ходной экономикой. В основном фермеры выращивают шесть генетиче­ски измененных культур — сою, кукурузу, хлопчатник, озимый рапс, ка­бачок и папайю. Для коммерческого использования также разрешены помидоры, тыква, табак, свекла, гвоздика, цикорий и лен. Но самые большие надежды возлагаются на рис и пшеницу.

Деятельность в биотехнологической сфере в нашей стране, в том числе по созданию трансгенных растений, регулируют различные поста­новления и нормативные акты.

Регистрацию генетически измененных культур координирует Межведомственная комиссия по проблемам генно-инженерной деятель­ности, созданная правительством России в 1997 г.

Действует Федеральный закон «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности», а в январе 2002 г. вступил в силу Федеральный закон «Об охране окружающей среды». Согласно статье 50 этого закона, вводится запрет на выпуск в окружающую среду организмов, полученных «искусственным путем» и несвойственных сре­де обитания. Чтобы их внедрить, необходимо положительное заключе­ние государственной экологической экспертизы, разрешение Министер­ства природных ресурсов и согласование с федеральными органами ис­полнительной власти. Только после прохождения всех этапов испытаний Госсанэпиднадзор выдает санитарно-гигиенический сертификат на ис­пользование растения в пищевых целях.

До настоящего времени в России не выращивается ни одна транс­генная культура в коммерческих целях, но общее потребление продук­ции, произведенной на основе биотехнологий, значительно увеличилось. Сегодня для переработки и потребления в пищу без ограничений разре­шены продукты из сои и кукурузы, устойчивой к гербициду «Раундап», из картофеля, устойчивого к колорадскому жуку, и из кукурузы, устой­чивой к стеблевому мотыльку.

Важным направлением обеспечения населения планеты продукта­ми питания является создание искусственной пищи.

Еще В.И. Вернадский писал, что, как только будет открыт непо­средственный синтез пищи, коренным образом изменится будущее чело­вечества.

Благодаря получению пищи искусственным путем, человек пере­станет зависеть от времени года и климата. Такая пища сохраняет пол­ноценный состав и биологическую ценность, ее можно конструировать с учетом функционального питания и соблюдения всех показателей безо­пасности.

В настоящее время освоен синтез жиров, витаминов, углеводов. Однако пока не решена проблема синтеза белка, пригодного в пищу.

Ученых привлекает возможность получать белок с помощью мик­роорганизмов, например, дрожжей, поскольку они быстро и в большом количестве накапливают биомассу. Дрожжевой белок по составу амино­кислот превосходит белок зерна пшеницы и мало отличается от белка сухого молока.

В Англии разрешен к использованию в пищу микопротеиновый биопродукт из мицелия грибов. Он содержит 45 % белка и 13 % жира. Ценность грибной биомассы заключается в том, что их липидная фрак­ция по содержанию и характеристике жирных кислот близка к составу растительных масел, а мицелиальная структура позволяет имитировать мясные волокна.

Другим перспективным направлением является развитие техноло­гии культур растительных клеток путем иммобилизации клеток внутри пористых полимеров. Это позволяет получать белки, аминокислоты, ферменты для использования в сельском хозяйстве и пищевой промыш­ленности.

Одним из путей решения рационального использования природных ресурсов и безопасности пищевого сырья и продукции является создание малоотходных и экологически безопасных технологий. Так, на основе переработки ежегодно возобновляемых растительных субстратов воз­можно производство этилового спирта, глюкозы, ксилозы, глюкозо- фруктозных сиропов, микрокристаллической целлюлозы, глицерина, лечебного лигнина, биоудобрений и кормовых препаратов.

Определенные микробы могут образовывать полимер пуллулан. Из него получают тонкие пленки, в которые можно герметично упаковы­вать пищевые продукты, сохраняя их свежими. Продукты вместе с упа­ковкой можно помещать в кастрюлю и варить, так как пуллулан, подоб­но крахмалу, съедобен и растворяется в горячей воде.

На возобновляемом сырье можно выращивать мицелий грибов. Ни­ти мицелия тоньше хлопчатобумажных волокон и довольно прочные. Их можно применять для изготовления текстильных изделий, которые мож­но использовать в медицине в качестве искусственной кожи для закры­тия обширных ран.

Поистине фантастическое будущее связывается с развитием белко­вой инженерии, биоэлектроники с получением новых стимуляторов рас­тений, высокоэффективных лекарственных препаратов.

В течение последних десятилетий были сконструированы биосен­соры. Это биологические измерительные зонды, с помощью которых можно определять концентрацию питательных веществ и концентрацию сахара в крови.

Намечено значительное расширение исследований по биологиче­ской фиксации азота, механизмов фотосинтеза, молекулярных основ иммунологии, биогаза из сельскохозяйственных отходов, профилактиче­ских и диагностических средств для животноводства и ветеринарии.

Этот краткий перечень достижений современной биотехнологии свидетельствует о том, что XXI в. будет веком высоких технологий, в том числе и производства продуктов питания с высокой пищевой ценно­стью и функциональными свойствами направленного действия.

Новейшая биотехнология является единственной альтернативой в производстве продуктов питания, и от ее достижений зависит само су­ществование человека в XXI в.

Реализация достижений биотехнологии позволит обеспечить насе­ление качественной и безопасной пищевой продукцией. Однако слабость материальной базы университетов, низкое качество и малый ассорти­мент биохимических препаратов и химических реактивов отечественно­го производства, большой разрыв между научным уровнем и реальными возможностями, дефицит квалифицированных специалистов — это те недостатки, которые необходимо преодолеть для повышения теоретиче­ского и практического уровня исследований.

Залог успешного развития биотехнологии и внедрения ее достиже­ний в практику, в первую очередь, определяется тесным взаимодействи­ем ученых и работников сельского хозяйства, промышленности и здра­воохранения. Кроме того, новые приоритетные направления нуждаются в специализированной подготовке кадров, обучение которых должно строиться на интеграции естественнонаучных и экономических знаний. Учить их нужно по-иному — сразу ориентируя на поиск в фундаменталь­ной задаче практического, экологически и экономически выгодного вы­хода, помня при этом, что будущее биотехнологии самым тесным обра­зом связано с биологическими науками — биохимией, молекулярной биологией и генетикой.

В условиях активного развития и реализации достижений биотех­нологии необходимо самым тесным образом объединить усилия госу­дарственных органов, предприятий, научных и учебных организаций, создав центр развития биоиндустрии в целях разработки технологий, способствующих увеличению продовольственных ресурсов, сокращения вредных воздействий на человека и окружающую среду, а также реше­ния проблемы подготовки и переподготовки кадров.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector