Основні завдання генної інженерії в галузі харчового виробництва
Курсова робота
З екотрофології
На тему : «Генетично модифіковані джерела харчових продуктів»
Зміст
Вступ
1. Загальні відомості про генну інженерію
2. Основні завдання генної інженерії в галузі харчового виробництва
3. Біобезпечність генетично модифікованих організмів
4. Харчова токсиколого-гігієнічна оцінка продукції з генетично модифікованих джерел
5. Ідентифікація продуктів, отриманих із ГМД
Використана література
Вступ
XX століття характеризувалося видатними досягненнями науково-технічного прогресу, які радикально змінили життя людини. Це передусім ядерна технологія, електроніка і новітня біотехнологія. Сучасні темпи розвитку біотехнології та її перспективи, порівнянні щонайменше з комп'ютеризацією й інформатизацією нашого життя, вражають уяву сучасної людини. Нині не тільки вчені й фахівці розуміють, що навіть саме існування людини в нинішньому столітті залежить від досягнень новітньої біотехнології. Населення Землі, чисельність якого на початок 2006 року становила 6,5 млрд і, за прогнозами, вже до 2025 року може досягти 8,5-9 млрд, поставить нові проблеми в галузі продовольчого і медичного забезпечення. Традиційних способів вирішення цих проблем буде недостатньо.
Нині біотехнологія на практиці показує великі успіхи в сільському господарстві. Це виведення нових сортів рослин, стійких до гербіцидів, комах, хвороб, стресових впливів. Це виробництво новітніх харчових продуктів із заданими властивостями; виробництво харчового і кормового білка, медичних препаратів; створення безвідходних технологій і утилізація речовин, шкідливих для довкілля; виведення високопродуктивних тварин і мікроорганізмів з новими і посиленими властивостями й ознаками. Навіть дуже багата уява не може передбачити всі можливості, що будуть реалізовані людиною з використанням біотехнології.
|
|
|
Розвиток бютехнологй базується на кількох дуже важливих відкриттях. 1944 року групі вчених під керівництвом О. Евері вдалося ввести в клітини бактерій чужорідну ДНК і довести, що вона переносить спадкову інформацію. 1953 року Ф. Крик і Дж. Вотсон визначили, як біологічна функція ДНК (репродукція, копіювання і передача спадкової інформації") обумовлена її структурою. 1972 року П. Берг отримав рекомбіновану (штучно зібрану) молекулу ДНК. А вже на початку 80-х років у кількох лабораторіях США, Європи, колишнього СРСР одночасно створили генетично модифіковані (трансгенні) рослини й організми.
Проте необхідно зазначити, що бурхливий розвиток біотехнології може мати не тільки позитивні, а Й негативні наслідки для людства, про що детальніше буде сказано нижче. У 2003-2005 роках провідні вчені світу - біологи, генетики, медики - ще не дійшли єдиної думки щодо перспектив бурхливого розвитку біотехнології, багато важливих питань залишаються відкритими.
|
|
|
Загальні відомості про генну інженерію
Найважливішим складником сучасної біотехнології є генетична, чи генна, інженерія.
Генна інженерія - наука про генетичне конструювання, спрямоване на створення нових форм біологічно активних ДНК і генетично нових форм клітин і цілих організмів за допомогою штучних прийомів перенесення генів (технології рекомбінантних ДНК, генетичної трансформації, гібридизації клітин).
Генетично модифікований організм - організм чи кілька організмів, будь-яке неклітинне, одноклітинне чи багатоклітинне утворення, які здатні до відтворення чи передачі спадкового генетичного матеріалу, відрізняються від природних організмів, отримані із застосуванням методів генної інженерії й містять генно- інженерний матеріал, у тому числі гени, їхні фрагменти чи комбінації генів.
Для створення генетично модифікованих організмів розроблено методики, які дають змогу вирізати з молекул ДНК необхідні фрагменти, модифікувати їх відповідним чином, реконструювати в одне ціле і клонувати - розмножувати у численних копіях.
|
|
|
Організми, які піддавалися генетичній трансформації, називають трансгенними.
Трансгенні організми - тварини, рослини, мікроорганізми, віруси, генетичну програму яких змінено із застосуванням методів генної інженерії.
Генетично модифіковані організми (ГМО) стали реальністю наприкінці 70-х років, коли з'явилися перші бактерії з інтродукованими генами інсуліну, інтерферону, соматотропного гормону. Використання ГМО розпочалося з вирішення проблем здешевлення і збільшення напрацювання білкових продуктів, необхідних для лікування людини. За час, що минув, завдяки генній інженерії зроблено вагомі фундаментальні відкриття і реалізовано на практиці надзвичайно сміливі наукові ідеї.
Нині спектр використання ГМО дуже широкий: забезпечення людства харчовими ресурсами, збереження біорізноманітності, лікування низки захворювань, підвищення якісних характеристик продукції, корекція екологічного забруднення та ін.
Генетична модифікація дає змогу отримувати рослини, тварини і мікроорганізми (бактерії) зі специфічними властивостями точніше й ефективніше, ніж це можна зробити традиційними методами. Крім того, вона дає змогу переносити гени з одного виду до іншого для отримання певних ознак, що дуже важко або взагалі неможливо досягти способом традиційної селекції.
|
|
|
Упродовж багатьох поколінь, іноді тисяч років, найголовніші у світі сільськогосподарські культури селекціонували, схрещували та розводили, намагаючись домогтися від них якнайкращого пристосування до умов вирощування і водночас удосконалюючи їхні смакові якості. Так, свійську худобу розводять, виходячи з того, чи це м'ясні чи молочні стада. Нині більшість особин молочної худоби суттєво відрізняються від тих тварин, яких людина приручила вперше. Роками в селекції мол очної свійської худоби основний акцент ставився на збільшення надоїв молока та поліпшення його якості. Однак якщо традиційні методи включають змішування тисяч генів, то генетична модифікація дає змогу додавати один окремий ген чи невелику кількість генів до генетичної структури рослини чи тварини, і це зумовлює ті чи інші зміни. За допомогою генетичної модифікації гени можна "ввімкнути" чи "вимкнути", змінюючи у такий спосіб процес розвитку рослини чи тварини.
Наприклад, гербіциди використовують для знищення бур'яну на полях, де вирощують сільськогосподарські культури, однак вони можуть зашкодити росту культур, які мають захищати. Використовуючи генетичну модифікацію, ген із певною властивістю, такою як стійкість до конкретного гербіциду, можна ввести до культурної рослини. У такому разі гербіцид, яким обробляють поля для знищення бур'яну, не перешкоджатиме росту культурних рослин.
Генетичну модифікацію можна використовувати для зменшення кількості необхідних пестицидів - відповідні зміни ДНК рослини збільшать її опір певним сільськогосподарським шкідникам. Генетичну модифікацію використовують для того, щоб зміцнити імунітет рослин до вірусів або поліпшити їхню поживну цінність. Стосовно тварин, яких вирощують задля м'яса, генетична модифікація може потенційно підвищити такі показники, як швидкість росту та кінцевий розмір тварини.
За даними Міжнародної служби з агробіотехнології (ISAM), з 1996 року і дотепер площі обробітку трансгенних рослин у світі зросли майже у 25 разів і становлять понад 40 млн га (табл. 1).
Таблиця 1. Площі промислових посівів трансгенних культур у деяких країнах світу (млн га)
| Країна | 2006 р. | 2007 р. | 2008 р. | 2009 р. |
| США | 1,5 | 8,1 | 20,5 | 28,7 |
| Аргентина | 0,1 | 1,4 | 4,3 | 6,7 |
| Канада | 0,1 | 1,3 | 2,8 | 4,0 |
| Австралія. | <0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Мексика | <0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| ЮАР | - | - | <0,1 | 0,1 |
| Іспанія Франція Португалія Румунія | - | - | <0,1 | 0,2 |
Найбільші площі зайняті під трансгенними культурами в США - 72% загальної площі. Друге місце посідає Аргентина - 17% загальної площі, у Канаді - 10%, у Китаї - приблизно 0,3 млн га, чи 1%.
Світовий ринок продукції, виробленої з трансгенних рослин, швидко зріс у 1995-1999 роках. Упродовж цих п'яти років комерційний прибуток від оброблення трансгенних культур збільшився приблизно в 30 разів (табл. 2).
З погляду світових перспектив численні фахівці пророкують велике майбуття комерційному використанню трансгенних рослин. Передбачається, що в перспективі питома ваш площ вирощування трансгенних культур у світовій структурі посівів становитиме за окремими видами від 10 до 60%. Крім того, трансгенні рослини, стійкі до шкідників і хвороб, допоможуть зняти гостроту проблеми продовольства і скоротити витрати на хімічні засоби захисту.
Таблиця 2. Обсяг продажу трансгенних культур
| Рік | Обсяг продажу, млн дол. |
| 1995 | 75 |
| 1996 | 235 |
| 1997 | 670 |
| 1998 | 1500 |
| 1999 | 2100-2300 |
| 2000 | 3000 |
| 2005 | 8000 |
| 2010 (прогноз) | 25000 |
Основні завдання генної інженерії в галузі харчового виробництва
Зростання народонаселення світу загострює проблему забезпечення людей їжею. Як свідчать розрахунки, щоб забезпечити бодай мінімальні потреби населення світу, в найближчі 20-25 років необхідно подвоїти кількість продовольства, різко збільшити виробництво харчового білка, довівши його кількість хоча б до 40-50 млн т на рік. Багато людей у світі вмирають від діареї, малярії, кору, інших хвороб неаліментарного генезу, проте могли б вижити, якби краще харчувалися. Наслідком недоїдання вагітних жінок - мільйони смертей серед матерів і немовлят під час пологів, а також крововиливи і сепсис у післяпологовий період. Усього півстоліття тому Голодомор в Україні штовхав людину до такого антисоціального явища, як канібалізм.
Для підвищення кількості та якості їжі традиційних заходів нині недостатньо. Саме через це виробництво харчових продуктів стало найважливішим напрямом генної інженерії. Завдання цього напряму - підвищення на принципово новій основі врожайності сільськогосподарських рослин, передусім злакових культур як джерела хліба, а також підвищення продуктивності сільськогосподарських тварин як джерела м'яса та м'ясопродуктів. Тому, враховуючи важкий економічний стан багатьох країн світу, якщо нині на одну шальку терезів покласти голод і всі проблеми людства, пов'язані з ним, а на другу - використання трансгенних продуктів, ймовірно, більшість віддасть перевагу останньому, не знаючи всіх віддалених небезпечних наслідків широкого використання ГМО.
Ще одне важливе завдання - удосконалення якісних характеристик харчової продукції. Генна інженерія дає змогу реалізувати Його через:
· зменшення накопичення у продуктах шкідливих речовин; збільшення накопичення корисних речовин;
· поліпшення технологічних властивостей продовольчої сировини;
· корінної зміни характеристик продукції для поліпшення її дієтичних, смакових і харчових властивостей.
Прикладом досліджень щодо зменшення накопичення токсичних речовин можуть слугувати спроби створення батата, який не накопичує ціаногенних глікозидів у корінні та листках. Ця культура є важливим харчовим продуктом для 400 млн осіб, головним чином у країнах, що розвиваються.
Дослідження щодо створення рису, здатного у збільшеній кількості накопичувати ферум, провели японські вчені. Вони ізолювали ген феритину (білка, одна молекула якого накопичує 4500 атомів феруму) з підвищеною активністю із проростків сої. Цей ген було інтродуковано у геном рису. Дослідження ліній трансформованих рослин виявили, що накопичення феритину в їхньому зерні втричі більше, ніж у зерні вихідних ліній. Анемія, зумовлена дефіцитом феруму, - один з найпоширеніших і тяжких наслідків порушення харчування. За даними ЮНІСЕФ, у світі 2 млрд людей страждають від залізодефіцитної анемії, а кількість людей, які відчувають дефіцит феруму, становить 3,7 млрд, більшість з яких жінки.
Виводячи сорт рису, що має назву "Золотий рис", фахівці дбали про те, щоб він мав вищий рівень бета-каротину. Через недостатність вітаміну А у світі щороку вмирає мільйон дітей. А ще 230 млн дітей, за даними ВООЗ, живуть під загрозою клінічної чи субклінічної недостатності вітаміну А - стану, якому здебільшого можна запобігти. Збагачення їжі вітаміном А, за даними ЮНІСЕФ, на 23% знижує дитячу смертність. Створення "Золотого рису" вважають найідеальнішим досягненням науковців за останній час.
Для отримання продукції з бажаними технологічними властивостями вже наприкінці 80-х років у різних галузях харчової промисловості почали конструювати і використовувати рекомбінантні ферменти і харчові добавки, які давали б змогу інтенсифікувати певні технологічні процеси, отримувати продукти поліпшеної якості (табл. 3).
Таблиця 3. Використання рекомбінантних ферментів у харчовій промисловості
| Галузь виробництва | Рекомбінантні ферменти |
| Переробка крохмалю | б-амілаза, в-амілаза, глюкоамілаза, глюкоізомераза, пуланаза |
| Молочна промисловість | Ренін, лактаза, ліпаза |
| Пивоваріння | Амілаза, протеази |
| Виноробство Переробка фруктів, овочів | Пектинази |
Особливу увагу приділяють модифікації молока. Беручи до уваги ту обставину, що після питного молока найпоширенішим молочним продуктом є сир і в країнах ЄС щороку його виготовляють понад 6 тис. т, генно-інженерні роботи спрямовано в основному на поліпшення такої технологічної властивості молока, як сиропридатність (табл. 4).
Зі вростанням розуміння важливості здорового способу життя збільшився попит на харчові продукти, які не містять шкідливих речовин. Приклади конструювання продуктів "здорового способу життя" (healthy food products) - створення голландськими біотехнологами цукрового буряка, який продукує фруктан - низькокалорійний замінник цукрози, та створення групою вчених на Гаваях безкофеїнової кави. У першому випадку в геном буряка інтродукували ген єрусалимського артишоку, який кодує фермент, що перетворює сахарозу у фруктан. У такий спосіб 90% накопиченої цукрози в трансгенних рослинах перетворюється на фруктан. У другому випадку було ізольовано ген фермента, який каталізує критичний перший крок синтезу кофеїну в листках і зернах кави. Через використання агробактеріум-опосередкованої трансформації була влаштовано антисмислову версію цього гена у клітини культури тканин кави Арабіки. Аналіз трансформованих клітин виявив, що рівень кофеїну в них становить усього 2% нормального.
Таблиця 4. Напрями модифікації молока
| Зміни | Очікуваний ефект |
| Збільшення вмісту б- і в-казеїнів | Підвищення щільності згустка, термостійкості молока, вмісту кальцію |
| Збільшення сайтів фосфорилювання в казеїнах | Збільшення вмісту кальцію |
| Внесення протеолітичних сайтів у казеїни | Поліпшення процесу дозрівання сиру |
| Збільшення концентрації к-казеїну | Підвищення стабільності казеїнових комплексів, зменшення розмірів міцел казеїну |
| Зменшення вмісту а- лактальбуміну | Зменшення вмісту лактози, зниження ступеня кристалоутворення під час заморожування |
Дослідження з поліпшення якісних характеристик рослинницької продукції' добре ілюструють можливості сучасних ДНК-технологій у вирішенні найрізноманітніших завдань.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 282; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!