Выявление генетически модифицированных источников в молочных продуктах методом полимеразной цепной реакции

БЭНОУ «Натуралист»

Биологический класс школы «Юный исследователь» Астраханского государственного университета Т/О «Генетика»

Кафедра физиологии, морфологии, генетики и биомедицины

Муниципальное общеобразовательное учреждение г.Астрахани

Средняя общеобразовательная школа №36

Научно-исследовательская работа на тему:

«ВЫЯВЛЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ В МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ МЕТОДОМ ПОЛИМЕРАЗНОЙ ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ»

Автор: Бакулева Надежда Александровна

9 класс

МБОУ г.Астрахани «СОШ № 36»

Руководитель: Ломтева Н.А.

доцент кафедры физиологии, морфологии,

генетики и биомедицины ФГБОУ ВО АГУ

Мальцева Е.М.

Учитель химии МБОУ г.Астрахани «СОШ №36»

Астрахань 2017

Введение 3

1.Теоретическая часть. 5

1.1.ДНК с точки зрения Химии. 5

1.2. Генетически модифицированные организмы 5

1.3.Мнения о ГМО 6

1.4.Полимеразная цепная реакция (ПЦР) 10

1.4.1.Описание 10

1.4.2.Применение ПЦР 10

2. Практическая часть. 12

2.1. Объекты исследования. 12

2.2. Методы ПЦР. 12

2.3. Результаты 13

Выводы 14

Литература 15

Чтобы жить человеку нужна пища. С древних времён человек питается мясной, рыбной, зерновой и молочной продукцией. Употребляя разные продукты питания, человек не задумывался о том, что в них содержится. Ведь он знал, что в съеденном им мясе или выпитом кефире нет ничего лишнего, только натуральные вещества. Однако, в наше время далеко не всегда в продуктах содержатся только полезное и нужное. Для более дешёвого производства в продукты стали добавлять разные консерванты (Е200-Е299), антиокислители (Е300-Е399), стабилизаторы (Е400-Е499), эмульгаторы (Е500-Е599), а также для усиления вкуса, запаха и придания продукту более приятного глазу вида используются всевозможные красители (Е100-199, Е600-Е699). И, читая состав купленного в магазине продукта, мы часто видим в них различные буквы «Е», которых порой даже больше, чем полезного для человека. Но пищевые добавки Е100-Е199 – это не единственное, что содержится в продуктах помимо полезных веществ. В продуктах питания могут содержаться вещества, которые назвали генетически модифицированные организмы, о них знают практически все, но большинство людей не догадываются, что они могут быть в этих продуктах. В нашей работе мы изучали наличие ГМО в кисломолочных продуктах. Ведь если вы заботитесь о своем здоровье, то в вашем рационе обязательно должны быть кисломолочные продукты. Кефир, йогурт, ряженка, простокваша, ацидофиллин, биойогурт и другие кисломолочные продукты очень полезны для организма. Например, в кефире содержится множество полезных микроорганизмов: молочнокислых стрептококков и палочек, уксуснокислых бактерий. Благодаря чему, кефир повышает иммунитет, помогает при хронической усталости и упадке сил. Также за счет успокаивающего действия, кефир способствует хорошему сну. Но, несмотря на то, что молочные продукты являются полезным и диетическим питанием, есть их не всегда безопасно. Помимо того, что у молочных продуктов довольно быстро заканчивается срок годности и их уже нельзя употреблять в пищу, отравление, вызванное употреблением продукта с истёкшим сроком годности – это только одно из последствий, которые могут нести в себе ставшие привычными для всех йогурты, кефир и др. молочные продукты. Ведь молочные продукты могут содержать различные не безопасные для здоровья вещества, такие как красители, консерванты, ароматизаторы и даже генетически модифицированные организмы.

Тема ГМО давно тревожит большинство великих умов планеты. До сих пор окончательно не подтверждено отрицательное или положительное влияние ГМО на организм человека. А между тем люди продолжают употреблять продукты, содержащие ГМО, не подозревая о том, что они там есть. Пока существует производство и обходные пути создания более дешёвых продуктов питания, различные пищевые добавки, заменители и ГМО будут существовать. Возможно, их будут называть по-другому, люди забудут их прошлые названия, скрытые за оболочками новых, но они всегда будут содержаться хоть в каких-то малых долях в наших продуктах питания.

Цель данной работы – выявить генетически модифицированные источники в молочных продуктах методом полимеразной цепной реакции.

Задачи:

1. Изучить материал по данной теме……

2. Изучить методику ………

3. Поставить эксперимент…….

Гипотеза:……

Актуальность данной работы …… ( подчеркнутое)

1. Теоретическая часть.
   1. ДНК с точки зрения Химии.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек, спирально закрученных одна относительно другой. Структурными компонентами (мономерами) каждой такой цепочки служат нуклеотиды, количество которых в молекулах ДНК достигает нескольких десятков тысяч. В состав любого нуклеотида входит одно из азотистых оснований – аденин, гуанин, цитозин и тимин, углевод пентоза – дезоксирибоза C5H10O4 и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основания цитозин и тимин – пиримидиновые, а аденин и гуанин – пуриновые. Их строения представлены на рисунках 1, 2, 3.

Рис.1. Структурные формулы аденина, гуанина, тимина и цитозина.

Рис.2. Структурная формула дезоксирибозы.

Рис.3. Структурная формула фосфорной кислоты.

1. Генетически модифицированные организмы

Генетически модифицированный организм – организм, генотип  которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Введение новых генов в растения позволяет обеспечить синтез новых белков, придающих устойчивость к вредителям (насекомым и вирусам), гербици​дам или позволяющих улучшить качество продукта питания (содержание жирных кислот, витаминов). Создание ГМО является результатом «генной революции», связанной с разработкой методов выделения, размножения, переноса и экспрессии генов одного организма в клетках другого.

С помощью генной инженерии получены различные трансгенные растения (соя, кукуруза, картофель, хлопчатник, сахарная свекла) с устойчивостью к вирусам, колорадскому жуку и другим насекомым, а также к пестицидам. Производство и оборот трансгенной продукции увеличивается в мире год от года. В настоящее время определенная часть находящихся в обороте в России продуктов и кормов содержат компоненты из генномодифицированных источников. Так как замена трансгенными компонентами белков животных и растений весьма выгодный бизнес, трансгенные белки постоянно возрастающими темпами заменяют в продуктах питания и кормах биологически полноценные животные белки и растительные белки традиционных культур.

Во многих случаях использование трансгенных растений существенно повышает урожайность, по данным метаанализа, проведенного в 2014 г., урожайность ГМО-сельхозкультур за счет снижения потерь от вредителей на 21.6% выше, чем у немодифицированных, при этом расход пестицидов ниже на 36.9%, затраты на пестициды снижаются на 39.2%, а доходы сельхозпроизводителей повышаются на 68.2%.

Введение в пищевую цепочку человека или животных трансгенных структур может привести к непредсказуемому воздействию на их здоровье. В ГМО вместе с целевыми генами могут интегрироваться и другие фрагменты ДНК, несущие гены с нежелательными признаками, например, гены, кодирующие токсины или устойчивость к антибиотикам.

1. Мнения о ГМО

Мнения ведущих ученых по безопасности выращивания и использования в пищу ГМО разделились. Можно констатировать наличие двух доминирующих точек зрения. Первой придерживаются сторонники необходимости продолжать исследования и получать генетически модифицированные организмы, второй – сторонники ограничения и даже прекращения подобных работ.

Многие ученые считают, что генетически измененная продукция необходима для решения проблемы нехватки продовольствия в мире, снижения его себестоимости и повышение продуктивности и эффективности сельскохозяйственного производства. Научные сотрудники полагают, что получение ГМО является просто иным способом селекции растений и утверждают, что сегодня не известно ни одного факта, свидетельствующего против ГМ-продуктов. Считается, что ДНК из генетически модифицированных организмов так же безопасна, как и любая другая ДНК, присутствующая в пище. Ежедневно вместе с едой человек употребляет разнообразные чужеродные ДНК, однако существующие механизмы защиты генома человека не позволяют чужеродным ДНК, попавшим в организм с пищей, встраиваться в гены человека.

По данным директора института питания РАМН, академика В.А. Тутельяна, на сегодняшний день не существует ни одного серьезного исследования, аргументировано подтверждающего факт неблагоприятного воздействия трансгенной сои на здоровье человека. Между тем, отказ от использования дешевого соевого белка в производстве мясных изделий вынуждает производителей добавлять в свою продукцию другие, действительно вредные для здоровья и плохо усваивающиеся наполнители.

Результаты исследований биобезопасности ГМ-растений, проведенные в США фирмой «Monsanto», показали, что они оказывают минимальное либо нулевое воздействие на птиц, рыб, водных беспозвоночных и широкий круг полезных насекомых - божью коровку, домашнюю пчелу и т. д. При скармливании животным зерна, пыльцы и листовых тканей различных ГМ-продуктов в количествах, превышающих ожидаемое поступление не менее, чем в 10 раз не наблюдалось негативного влияния на исследуемые объекты.

Но есть и противники интенсивного внедрения ГМО в экосистемы. Они считают, что ГМИ начали широко и активно использовать в пищевой промышленности всего 5-6 лет назад и ответить на вопрос какая будет реакция биосистем через 30-50 и 100 лет сегодня никто не может, в этой связи остается актуальной проблема контроля ГМ-рисков и сохранения генофонда нации.

Сейчас 90% экспорта трансгенных пищевых продуктов составляют кукуруза и соя, следовательно, практически весь попкорн, столь популярный среди молодых людей и детей, изготовлен из генетически модифицированной кукурузы. Соевые продукты из Северной Америки или Аргентины представлены на 80% генетически измененной продукцией. Как отразится массовое потребление этих популярных продуктов на здоровье человека через десятки лет и на следующих поколениях – науке не известно.

Ученые, не одобряющие бесконтрольное использование в пищу ГМ-продуктов, полагают, что технология создания генно-модифицированных организмов крайне несовершенна и это является причиной серьезных биологических и экологических рисков. До сих пор ни отечественные, ни зарубежные ученые не могут предсказать, каковы могут быть последствия длительного использования трансгенных продуктов, т.к. генетически модифицированный организм содержит новую, не предусмотренную природой комбинацию генетического материала. ГМО – это, с одной стороны, продукт человеческого гения и прогресса научной мысли, а с другой стороны – потенциальная неизученная до конца опасность, которая может нанести вред всему живому на земле.

Учитывая это, ученые считают, что необходимо принять закон о биологической безопасности и присоединиться к Картахенскому протоколу по биологической безопасности, пока единственному международному акту, регулирующему трансграничное перемещение ГМО. Следует также ввести как минимум пятилетний мораторий на выращивание генно-модифицированных организмов в открытом грунте. Ученые считают, что у России, есть огромные резервы для ведения традиционного сельского хозяйства – без пестицидов и ГМО, с органическими удобрениями. Используя оптимизированные и районированные технологии, можно получать до 30 - 35 центнеров зерновых с гектара и обеспечивать зерном всю Европу, тем более, что в мире все больше ценятся экологически чистые продукты.

Члены организации «Гринпис» считают, что сверхустойчивые трансгенные культуры могут со временем вытеснить традиционные сельскохозяйственные растения, а употребление в пищу измененных белков может вызвать снижение чувствительности человека к антибиотикам, нарушение обмена веществ, снизить иммунитет, вызвать появление отдаленного канцерогенного, тератогенного и мутагенного эффектов.

Профессор А. Яблоков считает, что мнение о том, ГМ-технологии – это спасение от голода, необоснованны. Главная причина широкого распространения ГМ-продуктов в сельском хозяйстве – это удешевление производства. Устойчивость к пестицидам культурных растений, облегчает уничтожение сорняков и вредителей, облегчается уборка. Все это крайне выгодно для крупных фермерских хозяйств и транснациональных концернов, производящих ГМ-продукцию. Часто крупные компании являются одновременно производителями ГМ-технологий и пестицидов и логично, что они вкладывают большие деньги в лоббирование ГМ-продукции. ГМ-микроорганизмы, созданные без учета их вероятного воздействия на природные экосистемы, потенциально имеют возможность бесконтрольно и неограниченно размножаться в окружающей среде. Это может привести к вытеснению природных организмов из их экологических ниш, к последующей цепной реакции нарушений экологического равновесия, к уменьшению биоценоза экосистемы, бесконтрольному переносу чужеродных генов из ГМ – микроорганизмов в природные и инициировать активность патогенов животных и растений.

Также в Европе, согласно отдельным социологическим опросам, только 5 % всех жителей доброжелательно относятся к модифицированным продуктам, а 95 % убеждены, что они способны нанести серьезный вред здоровью.

Как показывают опросы общественного мнения, общество в целом не слишком осведомлено об основах биотехнологии. Большинство верит утверждениям типа: Обычные томаты не содержат генов, в отличие от трансгенных томатов.

1. Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

   1. Описание

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе). Помимо амплификации ДНК, ПЦР позволяет производить множество других манипуляций с нуклеиновыми кислотами (введение мутаций, сращивание фрагментов ДНК) и широко используется в биологической и медицинской практике, например, для диагностики заболеваний (наследственных, инфекционных), для установления отцовства, для клонирования генов, выделения новых генов.

1. Применение ПЦР

Данная методика позволяет:

• Выделять и клонировать гены.

• Диагностировать генетические и инфекционные заболевания.

• Определять отцовство. Ребенок частично наследует от своих биологических родителей генетические особенности, однако имеет при этом свою собственную уникальную генетическую идентификацию. Наличие у него некоторых генов, идентичных родительским генам – позволяет говорить об установлении родства.

• Полимеразная цепная реакция применяется также в криминалистической практике. На месте преступления судмедэксперты собирают образцы генетических материалов. К ним относятся: волосы, слюна, кровь. Впоследствии, благодаря методике полимеразной реакции, можно амплифицировать ДНК и сравнить идентичность взятой пробы с генетическим материалом подозреваемого человека.

• В медицине эффективно используется полимеразная цепная реакция: В пульмонологической практике – для дифференциации бактериальных и вирусных видов пневмонии, туберкулёза. В гинекологической и урологической практике – для определения уреаплазмоза, хламидиоза, микоплазменной инфекции, гарднереллеза, герпеса, гонореи. В гастроэнтерологической практике. В гематологии – для определения онковирусов и цитомегаловирусной инфекции. В экспресс-диагностике таких инфекционных заболеваний как вирусные гепатиты, дифтерия, сальмонеллёз. В настоящее время наиболее распространен данный метод в диагностике инфекционных болезней (гепатитов вирусной этиологии, ВИЧ, венерических заболеваний, туберкулёза, клещевого энцефалита).
  
  
  
  

2.1. Объекты исследования.

В работе были исследованы следующие молочные продукты на содержание ГМО :
1. биойогурт «Активиа» Danon
2. йогурт «Агуша»
3. творог «Вкусный день»
4. Активиа термостатная
5. Творог мягкий Danon
6. Йогурт фругурт
7. Йогурт Ermann
8. Йогурт Frutis

9. Йогурт «Чудо»

2.2. Методы ПЦР.

Полимеразная цепная реакция включала следующие этапы:

1 этап – предподготовка проб к исследованию

2 этап – выделение ДНК из продуктов питания

3 этап – ПЦР – амплификация

4 этап – гель-электрофорез

5 этап – учет результатов

На первом этапе осуществлялась предподготовка проб к исследованию, для этого каждую пробу доводили до гомогенного состояния. На втором этапе проводилось выделение ДНК из исследуемых продуктов питания при помощи коммерческого набора «ДНК сорб–С» (Москва).

На 3 этапе проводили амплификацию, используя комплект реагентов «ПЦР – комплект» вариант 50 R, предназначенный для амплификации ДНК терминатора NOS, содержащегося в генетически модифицированных организмах. Терминатор NOS присутствует в геноме кукурузы линии GA – 21, линий сои 40-3-2, картофеля, томатов и ряда других ГМО. Отбирались 10 пробирок с ДНК смесью, содержащей терминатор NOS и в каждую из них добавляли выделенную из образцов ДНК. 2 пробирки в каждом опыте независимо от исследуемого продукта были положительным и отрицательным контролем. Амплификация проводилась по заданной программе. Подготовленные пробы выдерживаются в амплификаторе, в это время происходит накопление копий определенной нуклеотидной последовательности. После амплификации проводился электрофорез, для этого в подготовленные лунки агарозного геля вливали амплифицированную смесь и включали напряжение в камере для электрофореза, заполненную буфером. Далее гель помещаем на фильтр трансиллюминатора и смотрели под ультрафиолетовым светом.

Если на пластинке геля светилась дорожка с контролем положительным, то реакция прошла успешно. Свечение ДНК исследуемых образцов, означало, что реакция прошла успешно и ГМО обнаружено.

2.3. Результаты

Для выявления генетически модифицированных организмов в исследуемых кисломолочных продуктах проводили пробоподготовку, затем выделяли ДНК по протоколу для выделения и проводили постановку ПЦР реакции. После этого заливали гелем пластинку и проводили гель-электрофорез для разделения ДНК.

Рис.3 Электрофореграмма

Мы получили следующие результаты, представленные на электрофореграмме. Каждый образец наносят на определенную дорожку и на одну из дорожек наносят положительный контроль, с результатами которого сравнивают образцы. Положительный контроль образуют свечение, которое показывает, что реакция прошла. Если исследуемые образцы образуют светящуюся дорожку параллельную с контролем, это будет свидетельствовать о положительной реакции, а значит о наличие генетически модифицированных организмов в изучаемых продуктах. В нашем исследовании в трех продуктах было выявлено наличие генетически модифицированных организмов по трем светящимся полоскам в образцах под номерами 6,8,9, они соответствуют продуктам: биойогурт «Активиа» Danon, творог «Вкусный день», Активиа термостатная.

Выводы

В исследуемых молочных продуктах ГМО были выявлены в трех образцах: биойогурт «Активиа» Danon, творог «Вкусный день», Активиа термостатная. При этом на исследуемых образцах молочных продуктов не было маркировки на упаковки о содержании ГМО.

1.http://www.pravda.rv.ua/food/What%20products%20GMO%20are%20in.php генетический модифицированный трансгенный экология здоровье

2. Чемерис А. В.Новая старая ДНК. Уфа. 2005.

3. И. В. Ермакова. Генетически модифицированные организмы. Борьба миров. Белые альвы, 2010.

4. Биологический энциклопедический словарь. М. 1989.

5. Егоров Н. С., Олескин А. В. Биотехнология: Проблемы и перспективы. М. 1999.

6. Маниатис Т. Методы генетической инженерии. М. 2001.

7. http://www.rcc.ru

8. Донченко Л. В., Надыкта В. Д. Безопасность пищевой продукции. М.: Пищепромиздат. 2001. С. 528.

9. http://produkt-pitaniya.ru/dobavki-food Пищевые добавки

10. https://ru.wikipedia.org/wiki

11. Габриелян О.С. Химия 10 класс Углублённый уровень Дрофа 2014