Inżynieria genetyczna: Enzym – czy może być modyfikowany?

dr hab. Małgorzata Ziarno, dr inż. Dorota Zaręba
Forum Mleczarskie Biznes 3/2014 (19)
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie,
Wydział Nauk o Żywności

Obecnie w przemyśle spożywczym wykorzystywane jest ponad 100 enzymów, a ich liczba stale zwiększa się. W XX wieku ludzkość nauczyła się izolować enzymy z żywych komórek, co doprowadziło do ich produkcji na dużą skalę i szerokiego wykorzystania w przemyśle spożywczym. Poszukiwania nowych enzymów o ciekawych, wyspecjalizowanych możliwościach, trwa zarówno w środowisku naturalnym, jak również w laboratoriach biotechnologicznych. Postęp w zakresie biotechnologicznej syntezy nowych enzymów lub modyfikacji już istniejących przyczynia się do obniżenia kosztów produkcji samych preparatów enzymatycznych, a także do otrzymywania enzymów wysoce selektywnych, które są w stanie katalizować różnorodne reakcje biochemiczne – tanio, szybko i bez konieczności oczyszczania mieszaniny poreakcyjnej ze zbędnych produktów ubocznych. Obecnie, najważniejszym źródłem handlowych preparatów enzymów są mikroorganizmy, które syntetyzują enzymy pokrewne tym, które obserwuje się w świecie roślin i zwierząt.

Przemysł mleczarski korzysta z biochemicznych możliwości enzymów, zaś firmy biotechnologiczne prześcigają się w optymalizacji produkcji ich preparatów. Bez nich niektóre produkty mleczarskie nie mogłyby w ogóle powstać, a inne cechowałyby się ubogim smakiem lub wysoką ceną. Wykorzystanie enzymów w produkcji mleczarskiej najczęściej kojarzy się z serami podpuszczkowymi. Do otrzymywania tego typu serów stosuje się enzymy różnego pochodzenia: zwierzęcego, roślinnego, z mikroorganizmów oraz na drodze biotechnologicznej (por. „Preparaty enzymatyczne wspierające mleczarstwo”, Forum Mleczarskie Biznes 2011/2). Te ostatnie są uzyskiwane bardzo często z wykorzystaniem technik inżynierii genetycznej, która pozwala na tanią i wydajną optymalizację procesu produkcji preparatów enzymatycznych i ich wykorzystanie.

Inżynieria genetyczna

Już wiele lat temu inżynieria genetyczna stała się przedmiotem zainteresowania wielu naukowców, co w efekcie spowodowało wdrożenie jej do wielu dziedzin życia, spośród których można wyróżnić produkcję żywności. Stosowanie inżynierii genetycznej do produkcji żywności przynosi wiele korzyści i nowe możliwości, gdyż produkty transgenezy posiadają cechy pożądane przez konsumentów. Z drugiej strony, pojawiają się poważne obawy społeczeństw o możliwości zagrożeń dla zdrowia i niekontrolowanego rozprzestrzenienia się transgenów w środowisku. Świadomość, że tego rodzaju żywność została wyprodukowana wbrew prawom natury dodatkowo ma wpływ na brak chęci do jej zakupu. Genetyczne modyfikacje składników żywności są przedmiotem licznych kontrowersji, które prowadzą do podziału wielu społeczeństw na zwolenników i przeciwników tego typu innowacji. Wiadomo że stosowanie inżynierii genetycznej w produkcji żywności powinno zapewniać jej bezpieczeństwo i być korzystne dla wszystkich uczestników rynku – zarówno producentów jak i konsumentów. Bardzo ważne jest zapewnianie konsumentom wolności wyboru żywności oraz właściwe znakowanie produktów spożywczych zawierających składniki modyfikowane genetycznie.

Nasuwa się oczywiście pytanie, czy enzymy otrzymane z genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów lub organizmów (GMM lub GMO) powinny być uznane jako genetycznie modyfikowane. Oczywiście, mówienie o GM w odniesieniu do enzymów jest nieporozumieniem, gdyż techniki inżynierii genetycznej są stosowane tylko do otrzymywania komórek mikroorganizmów, a nie samych enzymów. Można mówić jedynie o enzymach, jako metabolitach komórek genetycznie zmodyfikowanych mikroorganizmów. Enzymy są białkami, a nie żywymi organizmami. Enzymy wytwarzane biotechnologicznie są identyczne jak te występujące w naturze. Naukowcy nauczyli się syntetyzować wybrane proste białka w warunkach laboratoryjnych i do tego nie są potrzebne techniki inżynierii genetycznej. Jednak najlepszymi producentami białek, i to tak skomplikowanych jak enzymy, są żywe komórki – roślin, zwierząt, mikroorganizmów, człowieka. W warunkach laboratoryjnych najprostszym sposobem wyprodukowania dużej ilości czystego preparatu enzymatycznego jest otrzymanie go z hodowli mikroorganizmów. Oczywiście, enzymy mogą być wytwarzane przez klasyczne komórki mikroorganizmów (niepoddawane żadnej modyfikacji) albo komórki mikroorganizmów, które zostały poddane modyfikacji genetycznej. Enzymy wytwarzane przez mikroorganizmy ekstrahuje się i oczyszcza przed ich zastosowaniem w przemyśle spożywczym.

Generalnie znane są dwie możliwości zastosowania technik modyfikacji genetycznej. Pierwsza nosi nazwę rekombinacji homologicznej, druga – heterologicznej. Homologiczna rekombinacja polega na tym, że do modyfikowanej komórki wprowadzane jest DNA pochodzące z innej komórki, ale takiej, która jest spokrewniona z komórką modyfikowaną. Czyli obie komórki przynależą do tego samego gatunku lub odmiany żywego organizmu. W tej technice podstawowa zasada jest taka, że nie przenosi się DNA między gatunkami różnych mikroorganizmów. Inną możliwością jest modyfikacja kodu genetycznego (DNA) modyfikowanej komórki działaniem różnych czynników, bez konieczności wprowadzania fragmentów DNA z zewnątrz komórki. Z rekombinacją heterologiczną mamy do czynienia w przypadku, gdy do modyfikowanej komórki wprowadzone jest obce DNA, czyli pochodzące z innego gatunku.

Strona 1 z 3