Inginerie genetică și alimente - Enciclopedia nutriției

Enciclopedia nutriției: inginerie genetică și alimente

Inginerie genetică și alimente

R. Greiner și U. Konietzny, Karlsruhe

Domenii specifice de aplicare

Obiectivele declarate ale agriculturii și tehnologiei alimentare au fost întotdeauna furnizarea de cantități suficiente de alimente, conservarea alimentelor, îmbunătățirea nutrițională și senzorială a alimentelor, optimizarea producției și preparării alimentelor și asigurarea siguranței alimentelor. Cu toate acestea, tehnicile de cultivare și producție s-au schimbat constant de-a lungul mileniilor. Ca proces modern de biotehnologie, ingineria genetică este utilizată astăzi cu diferite obiective în agricultură și producția de alimente. De exemplu, alimentele pot conține aditivi de la organisme modificate genetic (OMG) sau sunt produse din microorganisme modificate genetic cu enzime și ajutoare de procesare. Alimentele pot conține, de asemenea, ingrediente din culturi modificate genetic, precum ulei din rapiță sau soia rezistente la erbicide (rezistență la erbicide) și zahăr din sfeclă de zahăr rezistentă la virus (rezistență la virus). În cele din urmă, alimentele pot conține, de asemenea, organisme modificate genetic, cum ar fi iaurtul cu culturi vii sau brânză albastră, sau chiar reprezintă organismul modificat genetic în sine, cum ar fi roșia Flavr-Savr (Fig.).

Enzime, aditivi și hormoni din producția microbiană

Utilizarea ingineriei genetice în sectorul alimentar este cea mai avansată în domeniul producției microbiene de enzime. Unul dintre motivele pentru aceasta este că enzimele sunt în general codificate doar de o singură genă și sunt sintetizate prin traducerea directă a informațiilor genetice. Un microorganism poate fi ușor optimizat genetic astfel încât să producă o anumită enzimă în cantități suficiente. Producția în sine este economică și ecologică. Cele peste 40 de enzime disponibile în comerț la nivel mondial din microorganisme modificate genetic sunt identice cu cele produse în mod convențional. Ele diferă doar de enzimele tradiționale prin modul în care sunt produse. În viitor, va fi, de asemenea, posibilă producerea economică de enzime care nu pot fi produse convențional în microorganisme modificate genetic. În plus, ingineria proteinelor poate fi utilizată pentru a schimba în mod specific și specific o genă structurală, ceea ce face disponibile noi enzime care sunt adaptate în mod optim materiei prime care urmează să fie convertite și procesului de producție.

Enzimele și alte proteine pentru creșterea animalelor pot fi produse și în microorganisme modificate genetic. Enzimele sunt adăugate la hrana animalelor ca supliment la propriile enzime digestive ale animalului, ceea ce permite o mai bună conversie a hranei și ameliorarea mediului în zonele de creștere intensivă a animalelor. Hormonii de creștere pentru creșterea animalelor pot fi, de asemenea, furnizați în cantități suficiente. Hormonul de creștere bovin BST (Somatotropina) este utilizată, de exemplu, pentru a crește randamentul în lapte al vacilor.

O altă piață importantă în procesarea alimentelor este aditivii. Acestea sunt utilizate ca agenți de îmbunătățire a aromelor, îndulcitori, vitamine, aminoacizi, arome, culori, conservanți, emulgatori și agenți de îngroșare. Producția lor ar putea fi, de asemenea, mai eficientă, mai profitabilă și uneori mai ecologică cu microorganismele transgenice. De exemplu, sinteza chimică poate fi înlocuită cu fermentarea bacteriană. Activitatea în domeniul producției de aditivi în microorganisme modificate genetic s-a limitat până acum în mare măsură la vitamine, de exemplu vitaminele C, B2, B12 și biotină și aminoacizi, de ex. B. glutamatul ca amplificator de aromă și fenilalanina pentru sinteza îndulcitorului aspartam, precum și îndulcitori precum taumatina și monelina, peptide din plante sud-africane cu dulceață semnificativ mai mare decât zahărul din trestie. Aditivii produși în microorganisme modificate genetic sunt identici cu substanțele convenționale corespunzătoare.

Microorganisme modificate genetic ca culturi inițiale

Domeniile de aplicare pentru microorganismele modificate genetic apar în producția de alimente nu numai în extracția de auxiliare- și aditivi, dar și oriunde microorganismele sunt utilizate direct sub formă de culturi inițiale și de protecție. Drojdiile au fost folosite de milenii în producția de produse de patiserie și băuturi alcoolice și bacterii lactice pentru producerea tuturor felurilor de brânzeturi, iaurt și lapte acru sau pentru rafinarea cărnii și a produselor de mezeluri. Aproximativ un sfert din alimentele noastre de astăzi sunt produse prin fermentare. Obiectivele recunoscute în prezent ale modificării genetice a culturilor inițiale sunt optimizarea proprietăților produsului, îmbunătățirea nutrițional-fiziologică a produselor, optimizarea tehnologiei de producție și protejarea stării igienice a produselor. În mod corespunzător, drojdiile modificate genetic, bacteriile lactice și mucegaiurile nu sunt încă utilizate, deși un număr mare de tulpini au fost deja modificate genetic în întreaga lume. Rămâne de văzut dacă aceste microorganisme modificate genetic pot rezista comparării cu culturile tradiționale la scară industrială.

Prin sintetizarea de noi tipuri de ingrediente, cum ar fi vitaminele sau aminoacizii în culturile inițiale, produsele fermentate pot fi, de asemenea, îmbunătățite nutrițional. Aromele și îndulcitorii ar putea fi, de asemenea, produse direct de către culturile inițiale, după ce genele corespunzătoare au fost transferate și, prin urmare, nu ar mai trebui obținute separat și adăugate la produsele finite.

Microorganisme modificate genetic ca culturi de protecție

Asigurarea stării igienice a produselor, în special combaterea germenilor patogeni din alimente, este o sarcină importantă pentru industria alimentară. Există multe motive pentru care este de dorit să nu se utilizeze conservanți tradiționali, iar conservarea alimentelor organice (procesul de conservare) prin utilizarea culturilor de protecție modificate genetic este o alternativă sau poate fi utilizată în combinație cu metode chimice și fizice.

Culturi modificate genetic

Aproape toate culturile sunt în prezent dezvoltate într-o combinație de inginerie genetică și reproducere clasică (așa-numita. ingineria genetică verde). Pe lângă cele mai importante, cum ar fi porumbul, orezul, grâul, secara, soia, cartofii dulci, cartofii și roșiile, acest lucru afectează acum peste 90 de alte specii. În iunie 2001, 79 de plante transgenice primiseră aprobarea în întreaga lume și multe altele sunt testate. Experiența cu studiile pe teren a plantelor transgenice este în principal în SUA și Canada și, într-o măsură mai mică, în unele țări din Europa de Vest. La nivel internațional, au fost efectuate până în prezent peste 10.000 de astfel de studii pe teren și nu s-a găsit nicio eliberare care să indice că sunt de așteptat anumite pericole sau evenimente incontrolabile. Numai în 1999 36 de soiuri transgenice au fost cultivate comercial pe o suprafață de 38 de milioane de hectare la nivel mondial. În 2000, suprafața de construcție a crescut la 44,2 milioane de hectare.

Optimizarea ingredientelor și comportamentul de cultivare

Ingineria genetică poate contribui, de asemenea, la dezvoltarea alimentelor funcționale. De exemplu, este posibil să se mărească sinteza substanțelor vegetale secundare care promovează sănătatea în anumite specii de plante sau părți de plante. Multe fitochimicale au un rol important în menținerea sănătății oamenilor. În plus, se fac modificări la porumb și alte cereale pentru a permite și a crește sinteza oligozaharidelor cu efecte probiotice.

La plante, se lucrează, de asemenea, la reducerea conținutului de ingrediente naturale anti-nutriționale sau toxice prin inginerie genetică. Acest lucru ar putea, de exemplu, îmbunătăți digestibilitatea proteinelor sau biodisponibilitatea mineralelor și oligoelementelor, iar fasolea murată și roșiile verzi sau manioca necoapte ar fi mai sigure pentru consumatori. De asemenea, se lucrează la reducerea conținutului de cofeină din boabele de cafea prin inginerie genetică.

Pentru a crește calitatea senzorială a alimentelor pe bază de plante, se spune că plantele sintetizează anumite arome prin inginerie genetică-, Culoare- și îndulcitorii sunt activați. De asemenea, intervine în procesul de coacere a fructelor. Prin întârzierea procesului de coacere, aromele pot fi îmbogățite în fruct, ceea ce duce la un gust mai bun. Cel mai cunoscut exemplu este Flavr-Savr-Roșia, care poate primi tot conținutul de ingrediente valoroase prin coacerea pe bățul de roșii. Testele similare au fost efectuate și pe broccoli, banane și zmeură. Ingineria genetică este, de asemenea, utilizată pentru a permite depozitarea roșiilor și a altor fructe la temperaturi de îngheț, fără a-și pierde textura sau a le schimba aroma.

Succesele în adaptarea plantelor la zone nefavorabile din punct de vedere climatic sau la soluri sărate cu ajutorul ingineriei genetice sunt încă departe, la fel ca și construcția plantelor auto-fertilizante prin transferul genelor pentru fixarea azotului din rizobie. Proprietățile menționate depind de mai multe gene care trebuie exprimate într-o cantitate și o secvență definite. În prezent, acest lucru nu este posibil din punct de vedere tehnic.

Dietele speciale pot fi produse și cu ajutorul ingineriei genetice. De exemplu, pacienții cu fenilcetonurie nu pot metaboliza aminoacidul fenilalanină și, prin urmare, trebuie să ia o dietă foarte scăzută în fenilalanină. Cu ajutorul microorganismelor sau plantelor modificate genetic, este posibil să se producă un amestec de proteine cu conținut scăzut de fenilalanină. În acest scop, s-a făcut o încercare de a exprima o genă sintetică care codifică o proteină fără fenilalanină în cartoful natural sărac în fenilalanină. Cercetările sunt, de asemenea, în curs de dezvoltare în ceea ce privește dezvoltarea grâului fără gluten pentru a extinde gama de produse de patiserie pentru pacienții celiaci.

Inginerie genetică și animale de fermă

Pentru animalele de fermă, ingineria genetică joacă în prezent doar un rol indirect. Cultura recoltată și produsele procesate din plante transgenice sunt, de asemenea, utilizate ca hrană pentru animale. În plus, ingineria genetică este utilizată în domeniul medicinii veterinare, pentru producerea de vaccinuri animale și pentru a sprijini selecția reproducerii folosind selecția bazată pe markeri. Obiectivele de dezvoltare pentru animalele transgenice (organisme transgenice) sunt o creștere mai rapidă și o creștere mai mare în greutate, rezistența la agenți patogeni tipici sau produse mai bune de la animale, cum ar fi ouăle de pui cu conținut scăzut de colesterol, carne de porc cu conținut scăzut de grăsimi sau lapte de vacă fără lactoză. Cu toate acestea, în următorii 20 de ani, animalele terestre care s-au schimbat în consecință sunt puțin probabil să capete vreo semnificație, deoarece dimensiunea și organizarea geneticii respective fac modificările mai dificile. Peștele transgenic, pe de altă parte, poate intra pe piață în următorii trei până la cinci ani. Informațiile genetice pentru un hormon de creștere de la păstrăv scurtează acum timpul necesar pentru ca crapul să fie gata pentru sacrificare și, datorită unei proteine protectoare din plată, somonul transgenic încă mănâncă și crește bine la temperaturi scăzute ale apei.

Evaluare a riscurilor

Lucrăm din greu în întreaga lume pentru a schimba compoziția alimentelor noastre. Dieta unei părți mari a populației din țările în curs de dezvoltare constă în principal din câteva alimente de bază, cum ar fi manioca, porumbul sau orezul, care sunt slabe în unele macro- și micronutrienți esențiali. Acest lucru duce la malnutriție și boli. Ingineria genetică poate contribui la îmbunătățirea situației nutriționale în zonele deficitare prin creșterea densității nutrienților și prin înlocuirea componentelor existente sau modificate. În plus, degradarea calității în timpul depozitării alimentelor poate fi redusă prin luarea de măsuri pentru reducerea pierderilor post-recoltare din cauza deteriorării și infestării dăunătorilor. În plus, creșterea randamentului ar putea fi realizată prin dezvoltarea plantelor rezistente la dăunători sau prin includerea unor locații anterior nefavorabile.

Desigur, la fel ca utilizarea oricărei alte tehnologii, utilizarea ingineriei genetice implică anumite riscuri. Pentru utilizare în industria alimentară, singurii donatori sau beneficiari posibili de material genetic sunt acele organisme care au fost mult timp încercate și testate și dovedite a fi sigure. Prin urmare, o amenințare din partea unei intervenții în materialul genetic nu este, în general, din schimbarea dorită, ci din efectele neașteptate, de exemplu o acumulare de toxine sau factori anti-nutriționali, precum și o reducere a ingredientelor valoroase sau modificarea biodisponibilității micronutrienților, macronutrienților și toxinelor. Aceste consecințe nu sunt, desigur, limitate la procesele de inginerie genetică, dar pot apărea și la reproducerea tradițională.

În legătură cu utilizarea ingineriei genetice în producția de alimente, se evidențiază întotdeauna un risc crescut de alergii. Aproape toate alergiile alimentare sunt cauzate de proteine. Cu toate acestea, potențialul alergenic al proteinelor este dificil de prezis. Transferul unei gene către un alt organism nu modifică potențialul alergenic al proteinei corespunzătoare, atâta timp cât este produsă într-o formă identică. Dacă se știe că proteina este inofensivă, va rămâne așa după transferul genei, dar dacă provine dintr-un aliment critic, trebuie examinată mai atent. În schimb, nu se poate exclude faptul că proteinele care nu au fost încă găsite în alimentele noastre provoacă reacții alergice, indiferent dacă sunt furnizate de un organism crescut convențional sau modificat genetic.

Riscurile ecologice sunt, de asemenea, discutate în legătură cu cultivarea și reproducerea plantelor modificate genetic. Utilizarea ingineriei genetice pentru a dezvolta plante mai productive ar duce la o scădere a biodiversității, iar cultivarea monoculturilor la scară largă ar favoriza eroziunea solului. În plus, se teme că ecosistemul va fi perturbat, de exemplu prin lipsa de adaptare.

Cadrul legal

În Germania, alimentele produse cu ajutorul ingineriei genetice, precum alimentele produse în mod convențional, sunt supuse Legii privind produsele alimentare și bunurile de consum. Se prevede că nu poate fi produs sau introdus pe piață alimente care să fie dăunătoare sănătății umane sau să inducă în eroare consumatorul. Introducerea alimentelor pe piață este responsabilitatea producătorului și nu necesită aprobare. Cu toate acestea, în cazul aditivilor, principiul interdicției prevalează, adică aceștia pot fi utilizați numai după aprobarea corespunzătoare. Pentru alimentele care conțin sau constau din organisme modificate genetic, dispozițiile Legii privind ingineria genetică se aplică în plus față de dispozițiile generale ale Legii privind produsele alimentare și bunurile de consum. Reglementările pentru eliberarea și introducerea pe piață a organismelor modificate genetic au fost armonizate prin Directiva privind eliberarea (eliberarea) în Uniunea Europeană.

Inginerie genetică și alimente: Proces schematic pentru producerea culturilor modificate genetic. [Fotografii de la mpb Collogne GmbH, Köln, m. frdl. aprobare] Inginerie genetică și alimente

S-ar putea să vă intereseze și: Spektrum - Die Woche: 48/2020