Генетически модифицированный организм (ГМО) – это организм, ДНК которого была изменена или модифицирована с помощью средств генной инженерии. Простейшим объяснением того, что такое ГМО, может служить такое определение. В большинстве случаев ГМО-организмы появляются за счет добавления ДНК другого организма, например, бактерий, растений, вирусов или животных. Эти организмы иногда называют «трансгенными». ГМО получили широкое распространение в сельском хозяйстве, прежде всего для создания более высокоурожайных культур и более стабильных продуктов, устойчивых к вредителям, пестицидам и удобрениям.

Среди потенциальных рисков, связанных с ГМО-продуктами, отмечают генетические изменения, которые могут нанести вред окружающей среде. В частности, скрещивание модифицированных организмов с натуральными может привести к деградации и вымиранию последних.

На сегодняшний день наибольшее применение ГМО-технологии находят в выращивании сельскохозяйственных культур. По меньшей мере 90% сои, хлопка, рапса, кукурузы и сахарной свеклы, продаваемых в США, генетически модифицированы. Одной из главных причин широкого распространения ГМО-культур является устойчивость к вредителям. По данным Всемирной организации здравоохранения, одним из наиболее широко используемых методов повышения устойчивости растений к вредителям является внедрение бактерии Bacillus thuringiensis (Bt), которая вырабатывает отталкивающие насекомых белки. ГМО-культуры, модифицированные геном Bt, обладают доказанной устойчивостью к насекомым-вредителям, что снижает потребность в широкомасштабном опрыскивании синтетическими пестицидами.

Оборудование для определения ГМО в пищевых продуктах включает стационарные лабораторные приборы и мобильные недорогие тест-системы для проведения исследований в «полевых условиях». Одна из ведущих компаний, которая занимается диагностикой ГМО в пищевых продуктах в Украине - Биокор Текнотоджи.

Определение ГМО в продуктах питания

Определение ГМО методом ПЦР может осуществляться путем обнаружения молекулы (ДНК, РНК или белок), которая специфически связана с искомой генетической модификацией или получена из нее. Большинство известных сейчас методов выявления ГМО и ГМО-производных, сосредоточены на обнаружении ДНК, и лишь несколько – белков или РНК.

Причиной этого является то, что ДНК может быть очищена и размножена в миллиардах копий всего за несколько часов с помощью метода ПЦР (полимеразная цепная реакция), в то время как размножение РНК и белков – более сложный и медленный процесс. В отличие от ДНК, РНК – это очень стабильная молекула. Стабильность белка варьируется и зависит от его типа. Если генетически модифицированная ДНК ядерная, наблюдается линейная корреляция между количеством генного-модифицированного материала и ДНК, но в случае РНК и белков такая корреляция отсутствует. Сама по себе генетическая модификация осуществляется на уровне ДНК. В настоящее время генетически модифицированная ДНК является ядерной во всех коммерческих ГМО-продуктах.

Белковые методы анализа ГМО основаны на специфической связи между белком и антителом, молекулой, которая защищает организм от инфекций от бактерий и вирусов. Антитело распознает чужеродную молекулу, связывается с ней, а затем, после завершения теста, этот связанный комплекс обнаруживается в хромогенной (цветной) реакции. Антитело, необходимое для обнаружения белка, не может быть разработано без доступа к белку, который прошел процедуру очистки в лаборатории. Данный метод получил название ELISA (enzyme linked immunosorbent assays, иммуноферментный анализ, ИФА).

Методы выявления ГМО через РНК основаны на специфическом связывании между молекулой РНК и синтетической РНК или молекулой ДНК (называемой праймером). Праймер представляет собой комплементарную нуклеотидную последовательность в начале молекулы РНК. Результатом применения этого метода является получение двухцепочечной молекулы, схожей с ДНК. Обычно связывание между молекулой РНК и праймером сопровождается превращением РНК в молекулу ДНК посредством процесса, называемого обратной транскрипцией.

Наконец при определении ГМО в пищевых продуктах методом ПЦР ДНК проходит процесс многократного размножения. Данная процедура может быть повторена с использованием каждой копии в качестве шаблона по методике, получившей название NASBA (nucleic acid sequence-based amplification, амплификация на основе последовательности нуклеиновых кислот). Специфические праймеры, необходимые для данной процедуры, не могут быть разработаны без предварительного знания состава обнаруживаемой молекулы РНК.

Методы, основанные на ДНК, в основном предполагают размножение специфичной ДНК методом ПЦР. Для них необходимы два коротких фрагмента синтетической ДНК (праймеры), каждый из которых дополняет один конец ДНК, подлежащий размножению. Первый праймер соответствует началу и кодирующей нити ДНК, подлежащей умножению, второй – концу и некодирующей (комплементарной) нити ДНК, подлежащей умножению. Первый этап цикла ПЦР включает в себя разделение двух нитей исходной молекулы ДНК. На втором этапе происходит связывание двух праймеров с их комплементарными нитями. Третий этап предполагает создание двух идеальных копий исходной двухцепочечной молекулы ДНК путем добавления правильных нуклеотидов к концу каждого праймера, используя комплементарные нити в качестве шаблонов.

Как только этот цикл завершен, его можно повторить. Для каждого цикла количество копий удваивается, что приводит к экспоненциальному росту полученных молекул. После 20 циклов число копий примерно в миллион раз больше, чем перед началом первого цикла. Однако после ряда циклов количество продукта амплификации начинает ингибировать дальнейшую амплификацию, а количество доступных нуклеотидов и праймеров, предназначенных для включения в новые продукты амплификации, снижается. Этот эффект называют эффектом плато.

Одним из наиболее часто применяемых методов для демонстрации наличия ДНК или РНК является гель-электрофорез, метод, который позволяет оценить количество и размер ДНК/РНК. Он предполагает обработку ДНК рестрикционными ферментами, благодаря чему она распадается на сегменты определенных размеров. Более сложное исследование предполагает определение профилей температуры плавления, например, с помощью SYBR Green I, красителя, который при интеркалировании двухцепочечной ДНК излучает флуоресцентный свет. Когда температура повышается, нити ДНК начинают разделяться. Это приводит к соответствующему снижению флуоресценции, которое может быть измерено непосредственно, например, на термоциклере реального времени (ПЦР-машине). Определенная температура плавления соответствует конкретной последовательности ДНК, однако определение происхождения молекулы возможно только при полном секвенировании (определении порядка нуклеотидов) ДНК/РНК.