Генети́чно модифіко́вана ї́жа — харчові продукти, отримані з генетично модифікованих організмів (рослин, тварин і мікроорганізмів). Згідно з українським законодавством продукти, що отримані за допомогою генетично-модифікованих організмів, також вважаються генетично модифікованими. Генетично модифіковані організми набувають певних якостей завдяки переносу в геном окремих генів теоретично з будь-якого організму (у випадку трансгенезу) або з геному споріднених видів (цисгенез), або виключення окремих генів з геному.

Методи отримання

Генетично модифіковані організми отримують методом трансформації за допомогою одного з таких способів: агробактеріальний перенос, балістична трансформація, електропорація або вірусна трансформація. Переважна кількість комерціалізованих трансгенних рослин отримані за допомогою агробактеріального переносу або балістичною трансформацією. Зазвичай, для переносу використовують плазміду, що містить ген, робота якого надає організму задані якості, промотор, що регулює включення цього гена, термінатор транскрипції, а також касету, що містить селективний ген стійкості до антибіотику канаміцину або гербіциду. Отримання трансгенних сортів нового покоління не передбачає використання селективного гена, побічні якості якого можуть розглядатися як небажані. Натомість генетична конструкція може нести декілька генів, що необхідні для комплексної роботи генетичної конструкції.

Мета генетичного модифікування Генетична модифікація може надавати рослині і харчовому продукту, що виробляється з неї, цілий ряд певних ознак. Переважна кількість генно-модифікованих організмів, що культивуються, несуть стійкості до збудників хвороб (вірусів та грибів), комах-шкідників або до гербіцидів. Це значно полегшує культивування, а також зменшує витрати на обробку отрутохімікатами.

Стійкість до гербіцидів Більшість гербіцидів діють вибірково проти небажаних видів рослин. Крім цього, існують гербіциди широкого спектра дії, які впливають на обмін речовин майже всіх видів рослин, як, наприклад, гліфосат, глюфозінат амонію або імідазолін. Завдяки переносу гена 5-енолпірувілшікімат-3-фосфат синтази (ЕПШФС) з ґрунтової бактерії Agrobacterium tumefaciens у геном рослини вдалося надати ознаки стійкості до гліфосату (Раундап — комерційна назва виробника Монсанто).

Перенос гена фосфінотріцин ацетил трансферази (pat-gene) з бактерії забезпечив трансгенним рослинам стійкість до гербіциду глюфозінат амонію (Ліберті — комерційна назва виробника Баєр).

У 2008 році вирощування трансгенних рослин зі стійкістю до гербіцидів посідало перше місце в загальній кількості вирощуваних трансгенних рослин загалом і становило 63 % або 79 млн з 125 млн гектарів, засіяних трансгенними рослинами у світі. Підраховано, що тільки вирощування трансгенної сої зі стійкістю до гербіцидів з 1996 по 2007 роки призвело до кумулятивного зменшення використання загальної кількості гербіцидів на 73 тисячі тонн (4,6 %). 2009 року стійкі до гербіцидів рослини потіснили сорти, стійкі до комах-шкідників і ті, що несуть одразу дві або три вбудовані ознаки.

Стійкість до комах Бактеріальний Bt-токсин здавна застосовували в сільському господарстві як ефективний інсектицид. В органічному землеробстві поширене застосування бактеріальної суспензії Bacillus thuringiensis для боротьби з комахами-шкідниками. Перенесений у геном рослини бактеріальний ген cry Bt-токсину надає рослині стійкості проти низки комах-шкідників. Найпоширеніші рослини, у які вбудовують ген Bt-токсину — кукурудза (лінія MON810 виробництва Монсанто) та бавовник, який розроблений і впроваджений Монсанто в 1996 році. Була спроба перенести ген Bt-токсину в картоплю з метою боротьби проти колорадського жука, але захід виявився неефективним, оскільки трансгенна картопля виявилася вразливою до попелиці Aphidius nigripes. Переваги трансгенних рослин в тому, що цільове впровадження інсектициду в рослину захищає нешкідливих і корисних комах від тотального винищення внаслідок обробки полів. Недоліки полягають в тому, що інсектицид наявний в рослині перманентно, що унеможивлює його дозування. Крім того, в трансгенних сортах першого покоління ген експресується під конститутивним промотором, тому продукт його гена є в усіх частинах рослини, навіть тих, які комахами не вражаються. Для уникнення цієї проблеми розробляються генетичні конструкції під контролем специфічного промотору. 2009 року трансгенні Bt-рослини були найпоширенішими за кількістю культивованих трансгенних рослин.

Стійкість до вірусів Віруси викликають цілий ряд захворювань рослин і їхнє поширення важко контролювати, засобів хімічної боротьби також не існує. Найефективнішими засобами боротьби вважається сівозміна та селекція стійких сортів. Генна інженерія розглядається як перспективна технологія в розробці стійких сортів рослин. Найпоширеніша стратегія — косупресія, тобто перенос у рослину гену вірусу, що кодує білок його оболонки. Рослина продукує вірусний білок до того, як вірус у неї проникне і це сповіщає їй сигнал про вірусну інвазію, активізуються захисні механізми, які блокують розмноження вірусу, якщо він проникає в рослину.

Вперше цю стратегію застосували для порятунку папайної індустрії на Гаваях від вірусу кільцьової папайної плямистості. Вперше вірус було ідентифіковано в 1940 році, а в 1994 він швидко поширився, внаслідок чого індустрія опинилася перед загрозою повного знищення. 1990 року почались інтенсивні роботи з трансформації папаї, які в 1991 році увінчались успіхом. Перші плоди комерціалізованого сорту папаї «Rainbow» були зібрані в 1999 році.

Стійкість до грибів Гриб Phytophthora infestans належить до групи рослинних паразитів, що спричиняє фітофтороз, який завдає значних збитків при культивуванні картоплі або томатів. Найефективніший метод боротьби з фітофторою — застосування фунгіцидів (за сезон може знадобитися до 16-ти обробок, що серйозно забруднює ґрунти) та виведення сортів, стійких до захворювання. Методами класичної селекції вдалося частково перенести гени стійкості до фітофтори в культурні сорти, але разом з тим переносяться також ряд генів, що кодують небажані ознаки.

Компанія BASF розробила генно-модифікований сорт картоплі «Fortuna», в яку перенесли два гени Rpi-blb1 та Rpi-blb2 стійкості до фітофторозу з південноамериканського дикого виду картоплі . 2006 року сорт пройшов успішне польове випробування у Швеції, Нідерландах, Великій Британії, Німеччині та Ірландії. 2014 року очікується поява цього сорту на ринку.

Стійкість до посухи Недостатнє постачання води через зміну клімату або окремі посушливі періоди призводить до відчутних втрат врожаїв, особливо в регіонах з несприятливими умовами вирощування. Біотехнологія шукає можливості для штучного захисту рослин від посухи. Скажімо, ген cspB з особливих штамів бактерії Bacillus subtilis, що стійкі до замерзання, також надає рослинному організму якість стійкості до посухи. Компанія BASF та Monsanto розробила сорти кукурудзи, які в польових дослідженнях за несприятливих посушливих умов давали врожайність від 6,7 % до 13,4 % більшу за конвенційні сорти. Заявку на допуск подано в відповідні установи країн Північної Америки, Колумбії та Європейського Союзу. Також ці сорти заплановано залучити до програми Water Efficient Maize for Africa з 2015 до 2017 року, насінний матеріал фірми будуть надавати селянам безкоштовно.

Стійкість до солей та алюмінію Засолення ґрунтів — одна з важливих проблем сільськогосподарського рослинництва. У світі близько 60 млн гектарів полів мають таку ваду, що унеможливлює їхнє ефективне використання. Засобам генної модифікації вдалось отримати ріпак, що має ген іонного транспортера AtNHX1 з арабідопсису, що робить його стійким до засолення хлоридом натрію до 200 мМоль/л. Інших фенотипових змін в рослині не спостерігається.

У кислих ґрунтах створюються сприятливі умови для вивільнення з алюмінієвих силікатів тривалентних іонів алюмінію, які для рослин є токсичним. Кислі ґрунти складають до 40 % родючих земель, що робить їх малопридатними для культивування. Стійкість до алюмінію спробували сконструювати штучно, шляхом переносу в рослини ріпаку гена мітохондріальної цитрат синтази з арабідопсису.

Модифікація стійкості до солей та алюмінію перебуває в стадії наукових розробок.

Модифікація харчових і технологічних якостей продукту

Зміна складу білків та амінокислот У рослинній клітині синтез певних амінокислот припиняється, якщо їхня концентрація досягла певної межі. Генно-інженерними методами в рослину кукурудзи перенесли бактеріальний ген cordapA з під контролем насіннєвого промотору Glb1. Цей ген кодує ензим лізин-нечутливу дигідропіколінат синтазу, яка не розпізнається рослинними системами зворотного інгібування. Насіння кукурудзи лінії LY038, яке розробила компанія Монсанто, містить збільшену кількість амінокислоти лізину, а тому є поживнішим як корм для тварин. Лінія кукурудзи LY038 комерціалізована і допущена до культивування в Австралії, Канаді, Японії, Мексиці, Філіппінах та Сполучених Штатах. В Європі запит на культивування був поданий в Нідерландах, отримав у 2007 році дозвіл, але у 2009 році запит відкликано.

Зміна композиції жирів і жирних кислот Споживання незамінних жирних кислот є важливою умовою для запобігання пренатальних і неонатальних вад у розвитку, оскільки вони необхідні для нормального розвитку багатих молекулярними мембранами тканин мозку, нервової та судинної систем. Поліненасичені жирні кислоти з вуглецевим ланцюгом понад 16 атомів знаходяться переважно в тваринних клітинах. Наприклад, докозагексаєнова кислота в людському тілі не синтезується і повинна надходити в організм з їжею. Виробництво незамінних жирних кислот у харчових рослин розглядається харчовою індустрією як нове і дешеве джерело поживних харчових компонентів.

У насінні ріпаку в нормі відсутні такі жирні кислоти, як арахідонова, ейкозопентаєнова та докозагексаєнова кислота. Натомість насіння близького азійського родича ріпаку — коричневої гірчиці Brassica Juncea містить лінолеву та ліноленову кислоти, які можуть бути перетворені в три послідовних біохімічних кроки на арахідонову та ейкозопентаенову кислоти. Створені трансгенні лінії коричневої гірчиці, у які перенесено цілі блоки (від трьох до дев'яти генів, що кодують ензими для перетворення лінолевої та ліноленової кислот в арахідонову, ейкозопентаєнову та докозагексаєнову кислоти).

Хоча врожайність цих рослин, як і раніше, низька, ці експерименти показують, що в принципі можливо перетворення ліпідного метаболізму так, щоб поліненасичені жирні кислоти продукувалися в олійних культурах.

Зміна композиції вуглеводів Бульби картоплі містять крохмаль, який існує в двох формах: амілоза (20-30 %) та амілопектин (70-80 %), кожна за яких має свої хімічні та фізичні властивості. Амілопектин складається з великих розгалужених молекул полісахаридів, а молекули амілози — у вигляді ланцюгів. Амілопектин розчинний у воді і його фізичні властивості зручніші для використання в паперовій і хімічній індустрії. Як правило, виробничі технології передбачають додаткові кроки в розділенні або модифікуванні амілози і амілопектину хімічним, фізичним або ферментативним способами.

Компанія BASF розробила технічний сорт картоплі «Amflora», у якого генно-інженерним шляхом виключений ген грануло-пов'язаної крохмаль синтази, яка сприяє синтезу амілози. Така картопля накопичує в бульбах виключно амілопектин, а тому технологічно придатніша до обробки.

Сорт «Amflora» отримав допуск Європейського Союзу і в 2010 році заплановано засадити 20 гектарів у Німеччині, 80 гектарів у Швеції й 150 гектарів в Чехії.

Зниження алергенності та детоксифікація