Hrană, Nutriţie şi inginerie genetică

1. Hrană, Nutriţie şi inginerie genetică E. Haddad Simpozionul de nutriţie vegetariană

2. Obiective • Discutaţi potenţialul de îmbunătăţire a nutriţiei şi de sporire a siguranţei alimentare pe care o deţin alimentele şi recoltele modificate genetic. • Explicaţi posibilul impact dăunător pe care îl pot avea alimentele modificate genetic asupra mediului şi asupra sănătăţii omului. • Discutaţi abordările ştiinţifice legate de evaluări şi reglementări de siguranţă ale acestei tehnologi.

3. Metodele convenţionale de creştere • Pentru a produce plante cu calităţi favorabile • Caracteristicile dorite sunt selectate, combinate şi propagate prin încrucişări repetate pentru mai multe generaţii.

4. Ce este bio-tehnologia? • Bio-tehnologia este orice tehnică ce foloseşte organisme vii pentru a face sau modifica produse, pentru îmbunătăţirea plantelor sau pentru dezvoltarea micro-organismelor pentru întrebuinţări specifice. • Istoric • Producerea brânzei, iaurtului, pâinii, vinului • Cultivarea tradiţională a plantelor • Încrucişarea plantelor şi animalelor • Modern • Folosirea tehnicilor de biologie moleculară (ingineria genetică)pentru a modifica materialul genetic cu scopul de a produce noi substanţe sau pentru a executa noi funcţii. • Folosirea ADN-ului recombinat (ADN r) pentru transferul de gene.

5. Definiţii • Organismele modificate genetic (OMG) • Orice microb, plantă sau animal dezvoltat prin reproducere şi selecţie. • Transgene • O genă care este manipulată folosind tehnologiile ADN recombinat şi reintrodus într-un organism gazdă. • Plantă sau aliment modificat genetic • Recolte create pentru consumul uman sau animal folosind tehnicile biologiei moleculare.

6. Creşterea tradiţională a plantelorADN-ul este un şirag de gene, asemănător unui şirag de perle. Cultivarea tradiţională a plantelor combină mai multe gene o dată. Donator tradiţional Varietate comercială X încrucişare Genele dorite Genele dorite Nouă varietate Multe gene sunt transferate

7. Biotehnologia vegetalăFolosind biotehnologia vegetală, o singură genă poate fi adăugată şiragului. Gena dorită Varietate comercială Gena dorită Gena dorită Nouă varietate Doar gena dorită este transferată

8. Plante produse prin metoda clasică Schimbare în ordinea secvenţei ADN Cantitatea de ADN modificată este mare Produsul genă nu poate fi controlat cu precizie Încrucişările pot fi făcute doar între specii foarte înrudite Plante produse prin inginerie genetică Schimbare în ordinea secvenţei ADN Cantitatea de ADN modificată este mică Unde este făcut produsul genă poate fi controlat cu precizie Materialul genetic de la bacterii sau animale poate fi introdus în plante Comparaţie

9. Teosinte De cât timp oamenii modifică genetic organisme? • What about in the lab? How long have scientists been modifying organisms? • How is modern technology used to genetically modify organisms?

10. Cum poate ADN-ul să fie mutat dintr-un organism într-altul? • Vectorii • Un vector poate fi purtător de ADN. • Vectorul poate fi • Un component al unei gene sau • Viruşi şi bacterii (plasmid) Genă Bt ori Ti plasmid Gene Ti Rezistenţă la antibiotic

11. FolosindAgrobacterium tumefaciens • calitatea naturală a agrobacterium de a transfera ADN la celulele plantei gazdă este exploatată pentru a introduce genele de interes • tipare simple de integrare ADN Transferul ADN-ului Prin bombardament cu micro-proiectile sau “tun de genă” • particule minuscule învelite în ADNsunt injectate în celulele plantei • metodă versatilă • tipare complexe de integrare ADN: şiruri în tandem de molecule fragmentate

12. Etape: inginerie genetică • Izolarea unei gene cu caracteristica dorită • Schimbarea genei în aşa fel încât să funcţioneze în plante • Pregătirea celulelor sau ţesutului plantei • Inserarea genei folosind un tun de genă sau metoda infectării cu bacterii • Creşterea celulelor la stadiul de plantă prin intermediul culturii de ţesut

13. Secvenţă de codare Promotor Semnal poly A INTRON Plant Selectable Marker Gene Plasmid DNA Construct • Gene bacteriale • Marker antibiotic • Originea copiei Transgena sau construcţia genei pornit/oprit Fabricarea proteinei Semnul de stop Transgena plantei

14. Exemple timpurii ale plantelor modificate genetic • Tutunul (1983) • Ameliorarea calităţii alimentelor • Flavr Savr Tomato (1994) • Maturizare întârziată • Scăderea pieţii • Tolerarea frigului • exemplu: gena anti-îngheţ de la peştii de apă rece inserată în plante (tutun, cartof) • Nu au fost comercializate

15. Culturi Porumb Soia Bumbac Nap (Brassica napus) Lucernă (Medicago sativa) Alimente procesateingrediente Amidon de porumb, sirop de cereale bogat în fructoză, ulei de porumb Ulei de nap Ulei de soia, făină de soia, lecitină de soia Ulei din seminţe de bumbac Ce recolte modificate genetic sunt cultivate cu scop comercial?

16. Piaţa recoltelor biotehnologice este dominată de cinci ţăria Canada Statele Unite China Brazilia Argentina Cele cinci ţări = 96% din piaţă a2004 growing season data

17. Produse biotehnologice folosite în industria alimentară Chymosin (chiag) • Enzimă folosită pentru coagularea laptelui şi separarea brânzei de zer • Enzimă folosită să se izoleze din stomacul viţeilor sacrificaţi • Chymosin a fost prima proteină produsă tehnologia ADN r • Gena chymosin (vită) este clonată în drogdie şiEscherichia coli • Enzima este recoltată din culturi de bacterii • Altele • Enzime lactate(lapte cu conţinut scăzut de lactoză) • Alpha-amylase (sirop de cereale bogat în fructoză) • vitamine (riboflavină) • Factorul intrinsec pentru absorbţia lui B12

18. Biotehnologia în medicină • Produsele mai jos listate au fost dezvoltate de către industria farmaceutică folosind abordările biotehnologice. • Genele sunt inserate în bacterii şi produsul proteic este extras în cantităţi mari pentru uz medicinal.

19. Tehnologii viitoareVaccinuri comestibile • O genă proteică patogenă este clonată şi introdusă în ADN-ul unui aliment cum ar fi cartof, banană sau roşie • Notă : Planta trebuie izolată şi bine adaptată! • Oamenii consumă vegetala • Corpul produce anticorpi împotriva proteinei patogene • Oamenii sunt “imunizaţi” împotriva agentului patogen • Exemple: • Diaree • Hepatita B • Pojar

20. Tehnologii viitoareRecolte îmbogăţite din punct de vedere nutriţional • Modificarea recoltelor principale pentru a reduce malnutriţia • Orez auriu • Conţinut sporit de beta-caroten (genă din narcise) • Controversa • Vor consuma oamenii un orez portocaliu? • Ce cantitatea trebuie consumată? • Beneficiile vor contrabalansa costurile?

21. Tehnologii viitoare Aplicaţii asupra mediului • Rezistenţă la secetă • Gură care se închide pentru a diminua pierderea apei • Indicator de bacterii • Detectează contaminarea mediului • Bacterii sensibile la anumiţi poluanţi • Fito-remediere • Plopul galbenmodificat pentru a îndepărta mercurul (Hg) din solul contaminat • Bio-remediere • Curăţarea locurilor contaminate • Folosirea microbilor desemnaţi să degradeze agenţii poluanţi

22. Detectarea minelor • transgenă patentată adăugată plantelor • când este detectat metalul din mină • plantele se schimbă din verde în roşu • tehnologie dezvoltată deAresa Biodetection Mină detectată

23. Tehnologii viitoareCaria dentară • Streptococus mutans, bacteria guria eliberează acid lactic ce distruge smalţul • Streptococcus mutansmodificat nu eliberează acid lactic şi distruge caria produsă de bacterie.

24. Biotehnologia şi rezistenţa la pesticide agricole • Potenţiala reducere a folosirii pesticidelor • Gena Bt a bacteriilorBacillus thuringiensis produce o proteină(Cry) care otrăveşte anumite pesticide, dar este inofensivă pentru animale/oameni • Gena Bt este inserată în boabele de porumb, seminţele de bumbac, cartof • Protejează împotriva viermelui de porumb european • Potenţială reducere a riscului de cancer • Reducerea alterării cauzate de mucagaiul fusariumcare produce toxinafumonosin Cry endotoxin

25. ProteinaBacillus thuringiensis (Bt) • Insecticid natural (spray Bt) • Gena Bt este inserată în seminţe pentru creşterea recoltelor • Gena Bt produce proteina Cry care are ca ţintă larvele insectelor • Proteinele Cry sunt spintecate la mijlocul intestinului pentru delta endotoxine • Se leagă de receptori specializaţi şi fac găurii în intestinele larvelor • Membrana este ruptă şi larva este înfometată • Nu există locuri de legătură pentru aceste endotoxine în celulele intestinelor mamiferelor (animale, oameni)

26. Biotehnologia şi agricultura toleranţa la ierbicide Toleranţa la Glyphosate • Roundup Ready® (numele unui ierbicid) • Culturi actuale • Soia, porumb, napi, bumbac, lucernă • Viitoare • Sfecla de zahăr Sugarbeet • Gena • CP4 5-enolpyruvylshikimate-3 phosphate sintetizată sau (CP4 EPSPS) dinAgrobacterium tumifaciens Toleranţa la Gluphosinate • Legătură liberă • Genă • Phosphinothricin acetyltransferase (PAT)

27. Gena Roundup Ready®Rezistenţa la Glyphosate • Gena protejează plantele de ierbicidul cu spectru larg Roundup care distruge în mod eficient buruienile din culturi. • avantajele majore ale sistemului sunt:  un control mai bun asupra buruienilor, reducerea vătămărilor culturilor  o producţie mai bună  un impact mai mic asupra mediului decât sistemele tradiţionale de control asupra buruienilor (mai puţin ierbicid) • De asemenea, terenurile tratate cu Roundup® necesită mai puţin arat şi păstrează fertilitatea solului prin diminuarea alunecărilor de teren şi oxidare

28. Biotehnologia şi agriculturaRezistenţa la viruşi • Genă de rezistenţă de la un virus • Recolte • Papaya • Dovlecel • Cartof

29. Proponenţii promit: Productivitate agricolă crescută Profit mai mare al fermei Folosire diminuată a chimicalelor Mai bună întrebuinţare a resurselor naturale Mai multe alimente nutritive Oponenţii sunt preocupaţi de Siguranţa alimentelor Mediu Puterea pieţei Etică Alimentele modificate genetic şi agricultura

30. Probleme asociate cu alimentele MGCare sunt problemele de siguranţă ale unor alimente? • Ingineria genetică creează noi combinaţii genetice şi există posibilitatea • Producerii de toxine, toxicitate • ↑ nivelul de toxine produse natural • Apariţia unor noi toxine, neidentificate anterior • ↑ tendinţa de a concentra toxine din mediul înconjurător • Crearea de alergeni • A fost dezvoltată încorporarea unei gene de nucă Braziliană în boaba de soia, dar nu a fost comercializată din cauza posibilului caracter alergen • Schimbări ale conţinutului nutriţional • Pătrunderea genelor din alimente în bacteriile intestinale duce la creşterea rezistenţei la antibiotic • Alte efecte necunoscute

31. Evaluarea de siguranţă a recoltelor, alimentelor şi ingredientelor alimentare modificate genetic • Plantele modificate genetic sunt supuse unor teste extinse de siguranţă înainte de comercializare • Aceste teste implică procese similare celor făcute pentru medicamente şi biomarkeri. • Alimentele obţinute din recolte modificate au fost consumate de sute de milioane de oameni din întreaga lume pentru mai bine de 15 ani • Nu au fost raportate efecte negative sau procese juridice, nici măcar în SUA, ţara cu cele mai multe litigii.

33. Ce se întâmplă cu ADN-ul din alimente când sunt consumate? • Aportul zilnic de ADN • ADN din alimente: ~100 până la 1000 miligrame • ADN din transgene: ~0.5 până la 5 micrograme • ADN-ul se degradează în timpul procesării industriale • ADN-ul se degradează în timpul digestiei “După ingestie, se observă în tractul gastro-intestinal animal sau uman, o degradare rapidă în fragmente ADN sau peptide…Un număr mare de experimente pe inventar viu au arătat că nu au fost detectate fragmente de ADN rearanjat sau proteine derivate din plante MG în ţesuturi, lichide sau produse comestibile de la fermele de animale.”—European Food Safety Authority, 2007

34. Rezistenţă la antibiotic • Procesul de modificare genetică necesită un co-transfer al unei gene marker selectabile ce oferă rezistenţă la antibiotic (exemplu: rezistenţă la canamicină) • Criticii spun că aceasta răspândeşte rezistenţa la antibiotic • Oricum, nu există nici o dovadă că genele rezistente la antibiotic supravieţuiesc digestiei • Contribuţia covârşitoare la rezistenţa faţă de antibiotic este adusă de prescrierea de antibiotice în practica clinică

35. Alimentele modificate genetic suportă modificări de conţinut nutritiv? • Alimentele MG sunt testate pentru echivalenţa nutritivă, antinutritivă şi fitonutritivă cu alimentele convenţionale • Antinutrienţi şi fitonutrienţi găsiţi în soia • Exemple: inhibitori ai tripsinei, lecitină şi isoflavone • Variaţiile se încadrează în limitele de variabilitate • Ingineria genetică poate fi folosită pentru a schimba profilul nutriţional al alimentelor • Orez auriu • Ulei de soia cu conţinut scăzut de acid linoleic (Vistive™)

36. Biotehnologia şi mediulAvantaje • Utilizare redusă de pesticide şi ierbicide chimice • Un management susţinut al pesticidelor • Un control mai bun al eroziunii prin practici care să nu implice ararea • Eficienţă crescută a producţiei lărgite de energie din combustibil fosil

37. Accidente în mediu • Vătămarea neintenţionată a altor organisme • Polen de la porumb Bt poate fi dus de vânt către culturile învecinate şi ucide alte insecte (fluturele monarh) • Eficienţa redusă a pesticidelor • Insectele pot deveni rezistente la Bt şi alte recolte pot fi modificate pentru a produce pesticide • Transfer de gene la specii care nu sunt în obiectiv • Transferul rezistenţei la erbicid la buruieni producând “super buruieni” • Pierderea biodiversităţii • Controlul companiilor biotehnologice asupra agriculturii şi rezervei de hrană

38. Schimbul de polen se întâmplă între câmpuri învecinate de napi • Dar • câmpuri învecinate nemodificate genetic au o rezistenţă de mai puţin de 0.03% rezistenţă la ierbicide(300 seminţe la 1 million) • Nu s-a detectat rezistenţă la câmpuri situate la >3 km de sursă • Toleranţa la ierbicide nu are ca rezultat “super buruieni” • Gena ce tolerează ierbicidul doar protejează planta dacă stropeşti cu ierbicide Hall et al. (2000)

39. Prevenirea răspândirii de gene • Izolare fizică • Diviziunea genetică • Tehnologiile de restrângere a folosirii genetice • Interferează cu fertilitatea • Interferează cu formarea seminţelor • Transferul de gene în genomul cloroplast Napi MG Napi ne-MG

40. Puteţi face diferenţa între un organism modificat şi un altul nemodificat genetic? • Alimentele MG au alt gust? Ar putea avea? Aţi consumat vreodată alimente modificate genetic?

41. Politica europeană cu privire la biotehnologie • Tratatul de la Maastricht • Principiul precauţiei • Activităţile comerciale pot fi restricţionate de către guvern dacă un risc ştiinţific sau de mediu este sesizat chiar dacă nu sunt încă disponibile date decisive • Protocolul de la Cartagena cu privire la biosiguranţă • Autoritatea Europeană de Siguranţa a Alimentelor • Etichetarea obligatorie • Alimente etichetate ca modificate genetic dacă MG >0.9 % • Nu este obligatorie în Statele Unite • Definiţia de ne-MG poate fi folosită dacă MG <5%

42. Produse din proteină vegetală versus proteină animală Nu sunt afectate de reglementările europene cu privire la produsele modificate genetic. Produse din porumb folosite la hrănirea animalelor

43. Creşterea colectivă a controlului agriculturii • Puterea pieţei şi etica • dezvoltarea recoltelor MG este costisitoare • proprietatea intelectuală şi protecţia patentului- creşte preţul • costurile pentru micii fermieri şi ţările în curs de dezvoltare • Ţările sărace nu îşi pot permite cumpărarea de seminţe şi să asigure folosirea acesteia în condiţii de siguranţă

44. În concluzie • Modificarea genetică a alimentelor este o tehnologie nouă foarte puternică, ce este în general • Prost înţeleasă • Nu se cunosc efectele pe termen lung • Alimentele modificate genetic ce sunt disponibile pe piaţă sunt sigure pentru oameni şi mediu • ↑ producţia • ↓ folosirea chimicalelor şi pesticidelor • Avantaje pentru fermieri şi mediu • Alimentele modificate genetic au posibilitatea de a rezolva problemele legate de foamete şi cele legate de nutriţie din lume • Companiile biotehnologice trebuie forţate să instruiască oameni de ştiinţă şi să doneze tehnică naţiunilor în curs de dezvoltare