Tổng quan về thực phẩm biến đổi gen và hướng phát triển trong công nghệ thực phẩm

533 TỔNG QUAN VỀ THỰC PHẨM BIẾN ĐỔI GEN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Lê Thị Giang, Nguyễn Anh Tân, Nguyễn Công Danh* *Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Trần Thị Ngọc Mai TÓM TẮT Những thành tựu công nghệ sinh học ở thế kỷ 21 đang là những bước tiến đột phá đối với nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó thực phẩm biến đổi gen đang là một trong hướng phát triển có ảnh hưởng lớn đến đời sống của con người và làm thay đổi nông nghiệp của rất nhiều nước trên thế giới. Những lợi ích mà thực phẩm biến đổi gen mang lại giúp nông nghiệp có thể ổn định hơn về chất lượng cũng như sản lượng những giống nông sản tuy nhiên có nhiều hệ luỵ xảy ra khi biến đổi gen thực phẩm như ung thư, dị ứng làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái và gây ô nhiễm môi trường. Trong tương lai, có thể sẽ có những biện pháp khắc phục những yếu điểm của thực phẩm biến đổi gen làm cho nó trở thành một nguồn cung ứng thực phẩm để hạn chế sự thiếu lương thực trên các quốc gia. Từ khóa: công nghệ sinh học, kỹ thuật di truyền, dị ứng, thực phẩm biến đổi gen, ung thư. 1 TỔNG QUAN VỀ THỰC PHẨM BIẾN ĐỔI GEN 1.1 Định nghĩa Theo định nghĩa của tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và tổ chức Lương thực và Nông nghiệp quốc tế (FAO), thực phẩm biến đổi gen (Genatically Modified food viết tắt là GMOs) là một thuật ngữ dùng để chỉ những loài thực vật hoặc động vật được dùng làm thức ăn cho người đã được can thiệp sinh học gây sự biến đổi về gen theo ý muốn của con người thông qua kỹ thuật di truyền nhằm mục đích nâng cao dưỡng chất, mùi vị của thực phẩm. Giúp chống lại sâu bệnh và các loại hóa chất gây nguy hại được tốt hơn [14][15]. Về nguyên tắc GMOs chỉ được biến đổi về gen mang tính có lợi, nâng cao khả năng chống chịu đối với điều kiện tự nhiên, sâu bệnh và các hóa chất độc hại còn tồn dư trong môi trường sinh trưởng giúp thu hoạch vụ mùa bội thu hơn mà không can thiệp vào thành phần dinh dưỡng của thực phẩm. Bên cạnh đó, biến đổi gen cũng giúp sản phẩm thu hoạch có màu sắc đẹp hơn, vòng đời lâu hơn (kéo dài thời gian bảo quản ở điều kiện tự nhiên) hoặc tạo ra những loại trái cây không hạt như dưa hấu, nho, thanh long, cà chua, ổi[7][16]. 534 Hình 1. Thực phẩm biến đổi gen 1.2 Tiêu chuẩn kiểm tra thực phẩm biến đổi gen và ký hiệu bao bì thực phẩm Thực phẩm biến đổi gen lưu hành trên thị trường Việt Nam phải thông qua kiểm tra nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn ISO, TCVN và ở các khu vực khác như EU (châu Âu), FDA (Hoa Kỳ) đồng thời phải thể hiện rõ trên bao bì về nguồn gốc và thành phần biến đổi gen, thực phẩm có chứa vi sinh vật biến đổi gen, sản phẩm của vi sinh vật biến đổi gen trên thị trường lớn hơn 5% mỗi thành phần thì phải thể hiện thông tin liên quan đến loài vi sinh vật biến đổi gen đó trên bao bì. WHO và FAO đã quy ước lấy chữ số để ký hiệu về thực phẩm đã qua biến đổi gen, tem nhãn 5 chữ số và bắt đầu bằng chữ số 8: 84139 Hình 2. Ký hiệu tem nhãn và chữ số nhận biết thực phẩm biến đổi gen [14][15] Tại Việt Nam, hiện nay đối với việc phân tích và kiểm định thực phẩm biến đổi gen được ủy thác cho Viện Kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia và đang phân tích các GMOs trên các nền mẫu khác nhau [14][15]. Định lượng ngô biến đổi gen - MON 810, phương phápRT-PCR. Định lượng ngô biến đổi gen - BT 176, phương phápRT-PCR. Định lượng ngô biến đổi gen - TC-1507, phương phápRT-PCR. Định lượng tương đậu biến đổi gen dòng GTS40-3-2, phương phápReal Time PCR. Định lượng tương đậu biến đổi gen dòng GTS40-3-2, phương phápReal Time PCR. Phát hiện thực phẩm biến đổi gen dựa trên trình tự NOS-TERMINATOR. Phát hiện protein CP4-EPSPS trong thực phẩm biến đổi gen 535 2 PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI GEN Biến đổi gen (GMOs) là một công nghệ liên quan đến việc chèn DNA vào bộ gen của một sinh vật. Để tạo ra thực vật biến đổi gen, DNA mới được chuyển vào tế bào thực vật. Thông thường từ các tế bào sau đó được nuôi cấy mô và phát triển thành cây. Hạt giống được tạo ra bởi những cây này sẽ thừa hưởng DNA mới. Việc sửa đổi gen của thực vật liên quan đến việc thêm một đoạn DNA cụ thể vào bộ gen của thực vật, tạo cho nó những đặc điểm mới hoặc khác biệt. Điều này có thể bao gồm việc thay đổi cách cây phát triển hoặc làm cho cây có khả năng chống lại một loại bệnh cụ thể. DNA mới trở thành một phần của bộ gen mà hạt giống do những cây này tạo ra sẽ chứa những biến thể về gen đó [13]. Đầu tiên cần xác định tính trạng mong muốn ở các sinh vật cần biến đổi gen bằng cách quan sát xem có sinh vật nào có tính trạng mong muốn tương tự để tiến hành cắt dán gen. Ví dụ muốn tạo ra gạo vàng có khả năng sản xuất tiền tố Vitamin A thì người ta tiến hành sàng lọc và lên danh sách các VSV có thể sản xuất tiền tố Vitamin A như bắp ngô. Sau đó trong việc tạo ra một cây GMOs yêu cầu chuyển DNA vào một tế bào thực vật. Một trong những phương pháp được sử dụng để chuyển DNA là phủ lên bề mặt của các phần tử bằng đoạn DNA có liên quan và bắn phá các phần tử này vào tế bào thực vật. Một phương pháp khác là sử dụng vi khuẩn hoặc vi rút. Có rất nhiều vi rút và vi khuẩn chuyển DNA của chúng vào tế bào chủ như một phần bình thường trong vòng đời của chúng. Đối với thực vật biến đổi gen, vi khuẩn được sử dụng thường xuyên nhất được gọi là Agrobacterium tumefaciens. Gen quan tâm được chuyển vào vi khuẩn và tế bào vi khuẩn sau đó chuyển DNA mới vào bộ gen của tế bào thực vật. Khi các tế bào thực vật đã tiếp nhận thành công DNA sẽ được phát triển để tạo ra một cây mới. Trong những trường hợp hiếm hoi, quá trình chuyển DNA có thể xảy ra mà không có sự can thiệp có chủ ý của con người [1][2][10]. Sau khi cắt dán gen, tế bào được nuôi trong phòng thí nghiệm để kiểm tra kiểu gen và sau đó được nuôi thành thực vật trong nhà kính với khí hậu được kiểm soát phù hợp để kiểm tra kiểu hình. Một khi được tạo ra thành công, các hạt giống sẽ được nuôi trồng và nhân lên để sản xuất hàng loạt [1][2]. Hình 2. Phương pháp biến đổi gen cho ngô có khả năng kháng sâu [1][2] 536 3 VAI TRÒ VÀ THÁCH THỨC VỀ THỰC PHẨM BIẾN ĐỔI GEN 3.1 Vai trò 3.1.1 Cải thiện chất ượng và số ượng nông sản Nhu cầu về thực phẩm ngày càng tăng do sự bùng nổ dân số như hiện nay, thực phẩm biến đổi gen sẽ giúp giải quyết một phần lớn vấn đề về an ninh lương thực, hơn những thế nó còn có những ưu điểm vượt trội hơn các loại thực phẩm khác: màu sắc tươi sáng làm bắt mắt người tiêu dùng, có sản lượng và năng suất trồng - thu hoạch ổn định, chất lượng được nâng cao, kháng lại được sâu bệnh, các chất hóa học dùng trong nuôi trồng. Đảm bảo an ninh lương thực và hạ giá thành lương thực trên thế giới, tăng nguồn lương thực đồng thời làm giảm chi phí sản xuất, từ đó làm giảm lượng nhiên liệu đốt cần sử dụng trong các hoạt động nông nghiệp, giảm bớt một số tác động bất lợi gắn với biến đổi khí hậu. Hiện đại hóa ngày càng đi lên, việc tạo ra những thực phẩm biến đổi gen cung cấp được dinh dưỡng cao, thời gian thu hoạch ngắn cũng là xu hướng tất yếu của xã hội. Các loại thực phẩm biến đổi gen có thể có các vitamin và khoáng chất bổ sung thông qua sửa đổi di truyền để cung cấp những lợi ích dinh dưỡng lớn hơn cho những người sử dụng. Điều này khá phổ biến cho các quốc gia không có điều kiện thuận lợi về nguồn thực phẩm. Sau đây là một vài ví dụ về những thực phẩm được biến đổi gen: ngô và đậu nành chống thuốc chống diệt cỏ - ngô và đậu nành được cải tiến để dung nạp chất glyphosate diệt cỏ được tìm thấy ở Roundup. Điều này cho phép nông dân phun thuốc các cánh đồng của họ bằng chất diệt cỏ để diệt cỏ dại. u đủ chống virus: tại Hawaii, đu đủ được biến đổi gen di truyền để có thể chống lại virus gây bệnh đốm. Gạo vàng: các nhà khoa học Thụy Sĩ đã phát triển gạo vàng - một loại gạo sản sinh beta-carotenoid, một chất chống oxy hóa là tiền chất của vitamin A [4]. 3.1.2 Cải thiện hệ sinh thái môi ường Cây trồng biến đổi gen có lợi tiềm tàng đối với môi trường. Cây trồng biến đổi gen giúp bảo tồn các nguồn lợi tự nhiên, sinh cảnh và động, thực vật bản địa. Thêm vào đó, cây trồng biến đổi gen góp phần giảm xói mòn đất, cải thiện chất lượng nước, cải thiện rừng và nơi cư trú của động vật hoang dã. Việc ứng dụng công nghệ sinh học (CNSH) trong nông nghiệp là giải pháp giúp bảo tồn đất trồng, cho phép tăng sản lượng thu hoạch cây trồng, xoá bỏ tình trạng phá rừng làm nông nghiệp, bảo tồn đa dạng sinh học tại các cánh rừng và khu bảo tồn trên khắp thế giới. Sử dụng CNSH, có thể giảm đáng kể các tác hại đó. Trong thập niên đầu tiên ứng dụng CNSH, công nghệ tiên tiến này đã giúp giảm lượng lớn thuốc trừ sâu, giảm lượng xăng dầu cần sử dụng trong các hoạt động nông nghiệp, giảm lượng khí CO2 thải ra môi trường do cày xới đất, bảo tồn đất và độ ẩm nhờ phương pháp canh tác không cần cày xới, giúp đất trồng hấp thu được một lượng lớn khí CO2 từ không khí. Ít ai biết rằng, thực phẩm biến đổi gen đang được nghiên cứu và ứng dụng trở thành một loại “Thuốc”. Tất cả các vaccines mà y khoa dùng để chống Zika, Ebola và cả cảm cúm đều được thiết kế bằng cách thay đổi cấu trúc gen và nguyên lý đó cũng chính là nguyên lý của thực phẩm biến đổi gen [5][6][7]. 3.2 Thách thức 3.2.1 Xuất hiện những loài siêu cỏ khó diệt Những loài cỏ sinh sống trong khu vực có thực vật biến đổi gen sẽ tạo nên những giống siêu cỏ khiến chúng có khả năng “miễn nhiễm” với thuốc diệt cỏ làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, chất lượng và sản lượng của cây trồng. Để có thể diệt được những loài siêu cỏ này cần có 537 thuốc diệt có nồng độ cao hơn và lượng sử dụng nhiều hơn làm ảnh hưởng đến môi trường đất, nước xung quanh và dẫn đến tình trạng suy thoái của môi trường [9]. 3.2.2 Đối v i sức khỏe con người Bên cạnh những lợi ích cơ bản của cây trồng biến đổi gen, theo nhiều nhà khoa học thế giới, thì loại thực phẩm này cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ ảnh hưởng lâu dài tới sức khỏe cộng đồng, như khả năng gây dị ứng, làm nhờn kháng sinh, có thể tạo ra độc tố và gây độc lâu dài cho cơ thể, Đây là một trong những tranh luận chủ yếu và vấn đề chỉ được tháo gỡ khi chứng tỏ được rằng sản phẩm protein có được từ sự chuyển đổi gen không phải là chất gây dị ứng. Gen kháng sinh có thể được chuyển vào các cơ thể vi sinh vật trong ruột của người và động vật ăn thực phẩm biến đổi gen. Điều này có thể dẫn tới việc tạo ra các vi sinh vật gây bệnh có khả năng kháng thuốc. Việc chuyển đổi gen từ thực phẩm biến đổi gen vào tế bào cơ thể con người hay vào vi trùng trong đường ruột cơ thể người là mối quan tâm thực sự, nếu như sự chuyển đổi này tác động xấu tới sức khỏe con người[17][18]. Ngoài ra một trong những tác hại của thực phẩm biến đổi gen mà các nhà khoa học lo lắng nhất đó là việc gia tăng các nguy cơ gây ung thư trong các loại thực phẩm biến đổi gen. Một thí nghiệm lâm sàng của các nhà khoa học Mỹ đã chứng mình rằng, chất glyphosate – một thành phần trong thuốc diệt cỏ sử dụng để phát triển các loại thực vật biến đổi gen – gây ra tế bào ung thư vú ở con người. Trên thực tế, glyphosate được cho là thành phần an toàn với độc tố thấp. Tuy nhiên đặc tính estrogen của nó trong biến đổi gen gây nguy cơ ung thư vú cao đối với con người. Một nghiên cứu cho thấy, tình trạng dị ứng của trẻ em ở Mỹ và Châu Âu tăng lên đáng kể khi ăn lạc và các thực phẩm biến đổi gen khác. Việc đưa một gen vào cây trồng đôi khi sẽ gây biến đổi tạo ra gen dị ứng. Ví dụ như việc chuyển gen từ cây quả hạch Braxin vào đậu tương đã bị cấm vì gây dị ứng đối với người ăn đậu tương biến đổi gen [8][11]. 4 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI Thực phẩm biến đổi gen là vấn đề tranh luận về kỹ thuật di truyền, có xu hướng ngày càng sâu rộng hơn. Kỹ thuật này đã và đang được cải tiến để ngày càng dễ dàng hơn, rẻ hơn và chính xác hơn trong những năm qua. Kỹ thuật mới, công nghệ mới có thể phá hủy hoặc làm mọi thứ tốt hơn, bí quyết quan trọng nhất đó là đo đếm những rủi ro và lợi ích một cách công bằng để sự lựa chọn của mình đi đúng hướng. Mặc dù có khó khăn về kỹ thuật, nhưng tiến bộ đáng kể hiện đang được thực hiện với việc biến đổi gen các đặc tính thành phần và chế biến của cây lương thực. Ví dụ, hạt cải dầu hiện có thể được biến đổi để tạo ra các loại dầu với nhiều đặc tính khác nhau thông qua việc sửa đổi có chọn lọc độ dài và mức độ bão hòa của các axit béo được tạo ra - các axit béo như laurate. Tương tự, sự cân bằng của đường và tinh bột trong khoai tây, vốn ảnh hưởng đến chất lượng chế biến của khoai tây để sản xuất thức ăn nhẹ, cũng có thể được sửa đổi trên quy mô thử nghiệm. Các kỹ thuật di truyền hiện đại đang được sử dụng để xác định và điều khiển các gen cho các thành phần hoạt tính sinh học của cây lương thực, chẳng hạn như chất độc tự nhiên (ví dụ glycoalkaloid trong khoai tây và lectin đậu thận), chất kháng dinh dưỡng (chất ức chế trypsin) và chất gây dị ứng (ví dụ: một số loại protein hạt). Sự phát triển ở giai đoạn đầu có vẻ tốt nhưng về lâu dài 538 gần như chắc chắn dẫn đến sự phát triển của các loại thực phẩm thiếu các thành phần không mong muốn. Biến đổi gen và các kỹ thuật phân tử và sinh hóa khác đang được sử dụng để làm sáng tỏ hoàn toàn quá trình sinh hóa của quá trình chín và hư hỏng của trái cây và rau quả và nhiều phương pháp mới để bảo quản những thực phẩm này, không sử dụng chất bảo quản hóa học, có khả năng được phát triển [1][5][12]. 5 KẾT LUẬN Thực phẩm biến đổi gen dang từng bước tiếp cận và thay đổi nền nông nghiệp làm cho động (thực) vật có nhiều dưỡng chất, khả năng chống chịu với sâu bệnh và các loại thuốc hóa học tốt hơn làm ổn định vụ mùa thu hoạch. Tuy nhiên, những hệ luỵ mà thực phẩm biến đổi gen mang lại cũng dang là một bài toán khó khi chúng không được người tiêu dùng chấp nhận nhiều và có thể gây ung thư, ô nhiễm môi trường.... Hiện vẫn chưa có nghiên cứu khẳng định nào chắc chắn để kết luận rõ ràng hơn về những vấn đề liên quan đến thực phẩm biến đổi gen, tuy nhiên theo chiều hướng phát triển ngày một hiện đại sẽ có lời giải đáp cụ thể về việc có nên sử dụng thực phẩm biến đổi gen hay không cũng như các tác hại của nó theo thời gian sẽ như thế nào. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Arjun Walia (2014). Confirmed: DNA from genetically modified crops can be transferred into humans who eat them. Collective-Evolution.com. Truy cập ngày 14 May 2017. [2] Bawa, A. S., & Anilakumar, K. R. (2013). Genetically modified foods: Safety, risks and public concerns - A review. In Journal of Food Science and Technology. [3] Bawa, A. S., & Anilakumar, K. R. (2013). Genetically modified foods: safety, risks and public concerns—a review. Journal of food science and technology, 50(6), 1035-1046. [4] Beyer, Peter, Salim Al-Babili, Xudong Ye, Paola Lucca, Patrick Schaub, Ralf Welsch, and Ingo Potrykus (2002). “Golden Rice: Introducing the beta-Carotene Biosynthesis Pathway into Rice Endosperm by Genetic Engineering to Defeat Vitamin A Deficiency.” The Journal of Nutrition 132 : 506 –10. [5] Butler, D. (2012). Hyped GM maize study faces growing scrutiny. Nature,490(7419), 158. [6] Cohen, S. N., Chang, A. C. Y., Boyer, H. W., & Helling, R. B. (1973). Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. [7] Concha, C., Cañas, R., Macuer, J., Torres, M. J., Herrada, A. A., Jamett, F., & Ibáñez, C. (2017). Disease prevention: An opportunity to expand edible plant-based vaccines? Vaccines, 5(2), 1–23. [8] FAO (2009). Global agriculture towards 2050, How to feed the world 2050.X [9] Food and Agriculture Organization of the United Nations, (2016). [10] Gong, Z., & Korzh, V. (2004). Fish Development and Genetics. In Reproduction. 539 [11] ISAAA. (2018). Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops in 2018: Biotech Crops Continue to Help Meet the Challenges of Increased Population and Climate Change. ISAAA Brief No. 54. In ISAAA Brief No. 54. ISAAA: Ithaca, NY. [12] Jones L. Food biotechnology: current developments and the need for awareness. Nutr Food Sci. 1996;6:5–11. [13] Keese, P. (2008). Risks from GMOs due to horizontal gene transfer. EnvironmentalBiosafety Research, 7(3), 123-149. [14] Luật số 20/2008/QH12 của Quốc hội : LUẬT Đ DẠNG SINH HỌC [15] Luật số 55/2010/QH12 của Quốc hội : LUẬT AN TOÀN THỰC PHẨM [16] Nations FaAOotU: The State of Food Insecurity in the World, (2015). [17] Process of Developing Genetically Modified (GM) Crops. ABNE [18] Touyz, L. Z. G. (2013). Genetically modified foods, cancer, and diet: myths and reality. Current Oncology, 20(2), e59.