Inżynieria genetyczna: Enzym – czy może być modyfikowany?
Wykorzystanie enzymatycznych efektów inżynierii genetycznej
Stosowanie inżynierii genetycznej w produkcji preparatów enzymatycznych ma wiele dodatkowych zalet, z czego nie zdawalibyśmy sobie sprawy, gdybyśmy nie stosowali ich w praktyce. Modyfikacje komórek mikroorganizmów z wykorzystaniem technik inżynierii genetycznej pozwalają na uzyskiwanie czystych preparatów enzymów, bez ubocznej aktywności enzymatycznej.
Jedną z zalet stosowania enzymów pochodzenia mikrobiologicznego jest niezależność aktywności otrzymywanego enzymu od obecności jonów metali, np. wapnia. Okazuje się, że enzymy pochodzenia zwierzęcego są uzależnione od obecności takich jonów. Bez obecności jonów metali, enzym działa bardzo nieefektywnie lub w ogóle nie wykazuje aktywności. Jony metali nie tylko wpływają na aktywność enzymu, ale również stabilizują jego strukturę, mogą też działać aktywująco lub pełnić rolę inhibitora enzymu. Takie same enzymy, ale otrzymywane z komórek mikroorganizmów, nie są uzależnione od pierwiastków takich jak wapń. Nie do końca wiadomo, dlaczego tak się dzieje, przypuszcza się, że spowodowane jest to innym szlakiem biosyntezy enzymów w komórkach mikroorganizmów niż w komórkach organizmów wyższych. Doskonałym przykładem obserwowania takich różnic jest transglutaminaza. W latach 70. XX wieku opracowano technologię uzyskiwania transglutaminazy z wątroby świni gwinejskiej (z 1 kg wątroby uzyskiwano zaledwie 230 mg czystego enzymu). Niestety, transglutaminaza pochodzenia zwierzęcego jest aktywna w obecności jonów wapniowych, w przeciwieństwie do enzymu pochodzenia mikrobiologicznego. W produkcji przemysłowej transglutaminaza służy do sieciowania białek. Przykładami produktów żywnościowych otrzymywanych z wykorzystaniem transglutaminazy są kulki i paluszki rybne, surimi, a także wyroby imitujące mięso krabów. W ilościach handlowych enzym ten jest otrzymywany na drodze biotechnologicznej z hodowli Streptomyces mobaraensis. Transglutaminaza pochodzenia mikrobiologicznego, jest znacznie tańszym, ale nie gorszym, substytutem enzymu pochodzenia zwierzęcego. Również branża mleczarska jest zainteresowana tym enzymem. Liczne badania, w tym krajowe, dowodzą, że jego użycie zwiększa wydatek serów, a także poprawia zwięzłość skrzepu mlecznych napojów fermentowanych.
Inną korzyścią z enzymów otrzymywanych mikrobiologicznie jest możliwość sterowania parametrami procesu technologicznego, podczas którego enzym jest wykorzystywany. Pochodzenie enzymu bardzo często decyduje o optymalnych wartościach temperatury, pH oraz stężenia soli wymaganych do katalizowania reakcji przez dany enzym. Na przykład, enzymatyczny rozkład laktozy w mleku, realizowany podczas produkcji mleka o zredukowanej zawartości laktozy lub mleka bezlaktozowego, może odbywać się z wykorzystaniem preparatu enzymu beta-galaktozydazy, otrzymanego z hodowli Escherichia coli lub Pseudoalteromonas sp. Jak wiadomo, produkcja mleka bezlaktozowego lub o zredukowanej zawartości laktozy polega na przeprowadzeniu kontrolowanej hydrolizy laktozy z użyciem preparatu laktazy. Obróbkę mleka enzymem można przeprowadzić w temperaturze poniżej 10oC przez kilkanaście godzin albo w temperaturze 37-40oC w znacznie krótszym czasie. Do pierwszego rozwiązania technologicznego potrzebny jest enzym wykazujący aktywność w niskiej temperaturze, a taki jest enzym pochodzący z Pseudoalteromonas sp. (tzw. laktaza antarktyczna), do drugiego – wystarczy enzym Escherichia coli lub innego mezofilnego mikroorganizmu.
Aspekty prawne
Stosowanie enzymów w produkcji żywności reguluje prawodawstwo unijne i krajowe. Przede wszystkim, są to dwa rozporządzenia UE: Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1333/2008 z dnia 16 grudnia 2008 r. w sprawie dodatków do żywności oraz Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1332/2008 z dnia 16 grudnia 2008 r. w sprawie enzymów spożywczych, zmieniające dyrektywę Rady 83/417/EWG, rozporządzenie Rady (WE) nr 1493/1999, dyrektywę 2000/13/WE, dyrektywę Rady 2001/112/WE oraz rozporządzenie (WE) nr 258/97. Nieustannie trwają prace nad wykazem enzymów dopuszczonych w UE. Zgodnie z podanymi aktami prawnymi, enzymem spożywczym jest produkt otrzymany z roślin, zwierząt lub mikroorganizmów, lub produktów z nich pochodzących, w tym produkt otrzymany w procesie fermentacji z wykorzystaniem mikroorganizmów, zawierający jeden lub większą ilość enzymów zdolnych do katalizy określonej reakcji biochemicznej, dodawany do żywności w celu spełnienia funkcji technologicznej na jakimkolwiek etapie produkcji, przetwórstwa, przygotowania, obróbki, pakowania, transportu lub przechowywania środków spożywczych. Spożywczym preparatem enzymatycznym jest natomiast preparat składający się z co najmniej jednego enzymu, zawierający takie substancje jak dodatki do żywności lub inne składniki żywności, dodane w celu ułatwienia przechowywania, sprzedaży, normalizacji, rozcieńczania lub rozpuszczania enzymów. Z kolei Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 3 września 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie znakowania środków spożywczych precyzuje, że na etykiecie produktu należy deklarować użycie enzymu, który w finalnym produkcie pełni funkcję technologiczną, wraz z podaniem tej zasadniczej funkcji technologicznej, którą ta substancja pełni w produkcie spożywczym, biorąc pod uwagę rodzaje funkcji pełnionej przez dodatki do żywności w środkach spożywczych wymienione w załączniku I do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1333/2008 z 16 grudnia 2008 r. w sprawie dodatków do żywności. Oprócz enzymów, które pełnią funkcję technologiczną w produkcie finalnym oferowanym konsumentowi, dla przemysłu żywnościowego oferowane są enzymy nieuznawane za składniki żywności. W ich przypadku, etykietowanie środka żywnościowego nie wymaga deklarowania ich obecności w produkcie finalnym. Enzymy nieuznawane za składniki żywności to takie enzymy, które są stosowane w charakterze substancji pomagającej w przetwarzaniu (tzn. nie pełnią funkcji technologicznej w końcowym produkcie, tylko w substratach do jego wytworzenia) lub są wnoszone do produktu na zasadzie tzw. przeniesienia (np. z zastosowanym dodatkiem do żywności). Na przykład, enzymem, który wymaga etykietowania jest preparat koagulujący, stosowany w produkcji serowarskiej, gdyż pozostaje on w produkcie finalnym (serze) wykazując nadal aktywność. Z kolei, w przypadku beta-galaktozydazy zastosowanej przed procesem pasteryzacji lub sterylizacji mleka, nie ma potrzeby deklarowania obecności w składzie produktu finalnego, gdyż w wyrobie gotowym do spożycia enzym nie pełni funkcji technologicznej. Gdyby enzym był nadal aktywny w mleku o zredukowanej zawartości laktozy lub bezlaktozowym, umieszczenie jego w deklarowanym składzie byłoby konieczne. Enzymy dodane do dodatków do żywności są bardzo często aktywne w tych półproduktach i informacja o ich obecności jest istotna dla użytkownika takich preparatów. W związku z tym, enzymy należy deklarować na etykietach takich preparatów dodatków do żywności. Na etykiecie produktu spożywczego, do którego enzym przenosi się wraz z dodatkiem do żywności na zasadzie przeniesienia, nie ma potrzeby umieszczania informacji o użyciu enzymu.
Podsumowanie
Należy pamiętać, że techniki modyfikacji genetycznej są stosowane tylko do komórek mikroorganizmu, z którego enzym jest pozyskiwany, a nie do samej cząsteczki enzymu. Dlatego enzymy nie są genetycznie modyfikowane, jedynie pochodzą z GMM. Tego typu enzymy są od wielu lat stosowane przemysłowo, nie tylko w branży mleczarskiej. Pozwalają na kontrolowaną, tanią produkcję, nie stanowiąc zagrożenia. Oczywiście, ich stosowanie nie może wprowadzać konsumenta w błąd (pod żadnym względem: świeżości, trwałości, jakości składników, naturalnego charakteru produktu lub procesu produkcyjnego, wartości odżywczej). Dodatkowo, uważa się, że same enzymy jak i ich stosowanie, niezależnie od pochodzenia preparatu handlowego, powinny podlegać stałemu nadzorowi i okresowej ocenie, o ile wystąpi taka konieczność w związku ze zmianą warunków ich stosowania i w świetle nowych informacji naukowych. Przy takiej ocenie lub podczas wydawania zezwolenia na stosowanie nowych preparatów enzymów należy uwzględniać nie tylko aspekty technologiczne, ale również społeczne, gospodarcze, związane z tradycją, etyczne, środowiskowe, a także zasadę ostrożności i możliwości przeprowadzenia kontroli.
