Научный прогресс в области молекулярной биологии позволил создать новые методы селекционной работы, основанной на направленной модификации генома растений. С 1996 по 2016 г. мировые площади посевов генно-инженерно-модифицированных (ГМ) культур возросли более чем в 100 раз, достигнув 185,1 млн га [1], что составляет порядка 12% от площади всех возделываемых в мире земель. По ситуации на середину 2017 г., ГМ аналоги имеют 28 видов растений продовольственного и хозяйственного назначения, общее количество существующих ГМ линий составляет 495, из них 462 линии сельскохозяйственных растений. Основными ГМ культурами являются соя, посевы которой занимают 91,4 млн га [49% от общей площади посевов генно-инженерно-модифицированных организмов растительного происхождения (ГМО) и 78% от общей площади посевов сои], кукуруза - 60,6 млн га (соответственно 33 и 33%), хлопок - 22,3 млн га (12 и 64%), рапс - 8,6 млн га (5 и 24%) [1, 2]. В общей структуре мирового производства ГМО соя, кукуруза, рапс и хлопок составляют примерно 99%, на долю прочих культур приходится не более 1% (табл. 1).
)
В Российской Федерации прошли государственную регистрацию и разрешены для использования в пищу ГМ линии сои, кукурузы, риса и сахарной свеклы (табл. 2).
)
В настоящее время, согласно существующей неофициальной классификации, ГМО растительного происхождения подразделяют на культуры первого, второго, третьего и последующих поколений. Представленные на мировом продовольственном рынке ГМ культуры первого поколения, созданные с 1994 по 2004 г., обладают улучшенными по сравнению с их традиционными аналогами агрономическими свойствами, такими как устойчивость к пестицидам, вредителям, вирусам, грибковым инфекциям, а также новыми потребительскими качествами. В начале 2000-х гг. предполагалось [3], что ГМО второго и последующих поколений будут характеризоваться, помимо измененных агрономических характеристик, пролонгированным сроком хранения, повышенной пищевой ценностью и вкусовыми свойствами, отсутствием аллергенов, способностью к продуцированию иммунных препаратов и лекарств, изменением времени цветения и плодоношения, изменением размера, формы и количества плодов, повышением эффективности фотосинтеза, продуцированием пищевых веществ с повышенным уровнем ассимиляции и т.п. Однако большинство ГМ культур второго поколения по своим характеристикам практически аналогичны ГМО первого поколения, разница между ними заключается лишь в использовании более современных, усовершенствованных методов трансформации генома растений, позволяющих избежать использования генов устойчивости к антибиотикам в качестве маркеров модификации, а также в применении регуляторных элементов транскрипции (промоторов и терминаторов) [4, 5]. Кроме того, значительное количество ГМ культур второго поколения представлено так называемыми гибридизационными стеками (от англ. breeding stacks), полученными в результате традиционного скрещивания 2 и более линий ГМО и характеризующимися комбинацией признаков, присущих родительским ГМ линиям. Таким образом, данная неофициальная классификация в большей степени касается процесса совершенствования технологии создания ГМО; несмотря на достаточно широкое использование, она весьма условна и не позволяет однозначно разделять классифицируемые объекты в соответствии с их специфическими свойствами [5-7]. Исходя из наметившихся тенденций развития методов генной инженерии, многие ГМО третьего поколения будут получены с помощью системы направленного редактирования геномов (CRISPR/Cas9). Внедрение новых технологий, размывающих границы между ГМ и традиционными организмами, обусловливает целый ряд сложностей, связанных с созданием правового поля, регламентирующего официальный статус получаемой продукции (будет ли она признана ГМО и будут ли распространяться все соответствующие ограничения, касающиеся ГМО, на эту продукцию). Выработка механизмов законодательного регулирования биотехнологической продукции третьего и последующих поколений требует отдельного рассмотрения. Если ограничения, введенные Федеральным законом № 358-ФЗ от 03.07.2016 (запрет выращивания ГМО, запрет использования ГМ семенного материала на территории РФ), не затронут продукцию, получаемую с помощью CRISPR/Cas9 системы, это направление науки ожидает бурный рост, сопровождающийся внедрением новых методов в практику селекционной работы и созданием новых хозяйственно-ценных и высокорентабельных сортов растений, а также пород животных и штаммов микроорганизмов.
В условиях общемировой тенденции увеличения использования ГМО система контроля за оборотом ГМО является гарантией обеспечения необходимого уровня безопасности для населения в странах, импортирующих продовольствие. Система контроля за ГМО на продовольственном рынке РФ разработана на основании фундаментальных исследований, проведенных РАН, РАМН, РАСХН, и внедрена в практику Роспотребнадзора, агропромышленного комплекса страны, таможенной службы и других заинтересованных ведомств [7, 8].
Методическая база включает самые современные методы, основанные на проведении полимеразной цепной реакции (ПЦР). По мере разработки методов выявления и идентификации ГМО в образцах пищевой продукции совершенствовалась и система контроля. Начиная с 2000 г. были разработаны 5 методических документов, регламентирующих порядок и организацию контроля за пищевой продукцией, содержащей ГМО, методы пробоподготовки, протоколы проведения ПЦР, методы визуализации результатов исследований, алгоритмы интерпретации полученных данных [9-13].
Алгоритм контроля за ГМО включает 2 последовательных этапа, первый из них направлен на выявление рекомбинантных регуляторных последовательностей (промотора 35S и терминатора NOS, которые присутствуют практически у 100% ГМ линий, созданных до 2008 г.), второй этап - на идентификацию конкретной ГМ линии и количественное определение ГМО в образце (см. схему). За 2003-2016 гг. учреждениями системы Роспотребнадзора проведено более 300 тыс. исследований пищевых продуктов в рамках контроля за оборотом ГМО.
)
Согласно результатам мониторинга, распространенность ГМ продуктов в Российской Федерации за последние годы значительно снизилась: в 2003-2004 гг. доля продукции из ГМО составляла 11-12% от всей продукции, имеющей ГМ аналоги, в 2010 г. - 0,16%, в 2016 г. - менее 0,1%. Такая тенденция свидетельствует об отказе производителей от использования биотехнологического сырья: чаще всего происходит замена полноценного растительного белка (сои) при производстве мясных и колбасных изделий на плохо усваиваемые соединительнотканные белки или крахмалсодержащие компоненты, что снижает пищевую ценность продуктов примерно на 20%. Принимая во внимание, что колбасные изделия традиционно являются существенным источником белка в структуре питания населения России (например, за первое полугодие 2011 г. было потреблено 1 175,3 тыс. тонн), отказ от использования биотехнологического сырья вносит вклад в снижение потребления полноценного белка, в результате чего сильнее нарушается баланс белков/жиров/углеводов в рационах россиян [14].
На протяжении 2003-2014 гг. действующая система контроля позволяла полностью контролировать оборот ГМО на продовольственном рынке РФ. Однако развитие генной инженерии привело к появлению биотехнологических культур второго поколения, в том числе культур с комбинированными признаками, ДНК которых или не содержит регуляторных последовательностей, или это принципиально новые последовательности, выявление которых требует отдельных длительных исследований. Такие ГМ культуры потенциально могли присутствовать на рынке и оставаться неидентифицированными в рамках рутинного контроля за оборотом ГМО.
Для предотвращения риска снижения эффективности контроля за ГМО потребовалась интеграция усилий различных отделений РАН, были проведены интенсивные исследования в области создания методической и приборной базы, способной обеспечить надлежащий уровень контроля за оборотом новых поколений ГМО. В результате проделанной работы был создан новый оригинальный формат ПЦР - предподготовленные, свободно конфигурируемые ПЦР-матрицы и оптимизированные тест-системы, позволяющие выявлять и идентифицировать большинство известных линий ГМО в рамках одного анализа. Значительная часть используемых в этих тест-системах специфических реактивов (праймеры, ДНК-зонды) широко апробированы и используются для выявления и идентификации ГМО. Технические особенности проведения ПЦР с использованием ПЦР-матриц дают возможность значительно (в 2-3 раза) сократить время проведения реакции за счет существенного увеличения скорости термоциклирования, а также снизить расход реактивов за счет уменьшения реакционного объема (со стандартных 20-30 мкл до 1,2 мкл). Для упрощения интерпретации и систематизации полученных результатов была сформирована специализированная база данных трансформационных событий и генетических элементов, позволяющая определить линии ГМО, присутствие которых в исследуемом образце наиболее вероятно.
Применение предложенной модификации ПЦР с использованием ПЦР-матриц позволит существенно расширить спектр одномоментно детектируемых объектов, повысить удобство, скорость работы и увеличить производительность ПЦР-лабораторий, осуществляющих исследования в области контроля за оборотом ГМО. Алгоритм проведения исследований в новом формате и требования к реактивам и оборудованию были обобщены в новых методических указаниях, утвержденных Главным государственным санитарным врачом РФ, и внедрены в практику Роспотребнадзора [15].
Усовершенствованная система контроля позволит как предотвращать попадание незарегистрированных ГМО на российский продовольственный рынок, так и обеспечивать достоверность маркировки пищевой продукции.
Современный подход к маркировке ГМ пищевой продукции осуществляется с учетом требований российской общественности и действующих международных норм. Маркировка, введенная в 1999 г. в качестве рекомендательной меры (постановление Главного государственного санитарного врача РФ № 13 от 08.04 1999), уже к 2002 г. приняла обязательный характер. Установленный ею порог снизился с 5% в 2002 г. до 0,9% в 2007 г., став нормой, гармонизованной с аналогичной в странах Европейского союза (СанПиН 2.3.2.2227-07, Федеральный закон "О внесении изменений в закон Российской Федерации "О защите прав потребителей"" № 234-ФЗ от 25.10. 2007, Технический регламент ТС 022/2011).
Таким образом, к настоящему времени в России проведены обширные научные исследования, целью которых являлось обеспечение эффективного контроля за ГМО первого и второго поколений, накоплен значительный фактический материал, создана нормативно-методическая база и существенный задел для дальнейших фундаментальных и прикладных научных исследований, а также реализована возможность использования ГМО для производства пищевых продуктов в рамках действующего законодательства. Вместе с тем тенденции развития новейших биотехнологий обусловливают необходимость в систематической разработке новых методических подходов для контроля за ГМО. Такие исследования должны проводиться в опережающем режиме на основе интеграции усилий не только ученых медицинского и биологического профиля, но и специалистов в области информатики, аналитической химии и других направлений.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 16-16-04123).
Литература
1. ISAAA. 2016. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2016. ISAAA Brief No. 52. ISAAA. Ithaca, NY, 2016. 125 p.
2. URL: http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/default.asp.
3. Vasil I.K. The science and politics of plant biotechnology - a personal perspective // Nat. Biotechnol. 2003. Vol. 21, N 8. P. 849-851.
4. Guidance for risk assessment of food and feed from genetically modified plants. EFSA, 2011. EFSA Panel on Genetically Modified Organisms (GMO) // EFSA J. 2011. Vol. 9, N 5. P. 2150-2137.
5. Jaffe G. Regulating transgenic crops: a comparative analysis of different regulatory processes // Transgenic Res. 2004. Vol. 13. P. 5-19.
6. Tzotzos G.T., Head G.P., Hull R. Genetically Modified Plants. Assessing Safety and Managing Risk. London : Elsevier; Academic Press, 2009. 244 p.
7. Tutelyan V.A. (ed.). Genetically Modified Food Sources. Safety Assessment and Control. Elsevier; Academic Press, 2013. 338 p.
8. Тутельян В.А. Генетически модифицированные источники пищи: оценка безопасности и контроль. М. : Изд-во РАМН, 2007. 444 с.
9. Методические указания МУ 2.3.2.1917-04 "Порядок и организация контроля за пищевой продукцией, полученной из/или с использованием сырья растительного происхождения, имеющего генетически модифицированные аналоги".
10. Методические указания МУК 4.2.2304-07 "Методы идентификации и количественного определения генно-инженерно-модифицированных организмов растительного происхождения".
11. Методические указания МУК 4.2.3105-13 "Порядок и методы идентификации и количественного определения в пищевых продуктах ГМО, полученных с использованием новых биотехнологий".
12. Методические указания МУК 4.2.3309-15 "Методы идентификации и количественного определения новых линий ГМО 2-го поколения в пищевых продуктах".
13. Методические указания МУК 4.2.3389-16 "Валидация методов, предназначенных для выявления и идентификации генно-инженерно-модифицированных организмов в пищевых продуктах и продовольственном сырье".
14. Официальный сайт Росстата России. URL: http://www.gks.ru.
15. Методические указания МУК 4.2.3390-16. "Детекция и идентификация ГМО растительного происхождения методом полимеразной цепной реакции в матричном формате".