رشد جمعیت انسانی چالش های قابل توجهی را برای تولید محصولات کشاورزی ایجاد می کند و امنیت غذایی را به یک موضوع رو به رشد تبدیل می کند. نزدیک به 870 میلیون نفر از سوء تغذیه رنج می برند که بیشتر آن ها در کشورهای در حال توسعه هستند. علاوه بر این، در حال حاضر تغییرات آب و هوایی و تخریب محیط زیست زمین های کشاورزی موجود را کاهش می دهد و چالش های بیشتری را برای پر کردن تقاضای فزاینده مواد غذایی ایجاد می کند.

استفاده از بیوتکنولوژی مدرن (از جمله تکنیک های مهندسی ژنتیک)، به عنوان راهی برای کاهش اثر محیطی با بهبود کیفیت غذا و افزایش بهره وری پیشنهاد شده است. غذای مشتق شده از حیوانات، عمدتاً از طریق تأمین پروتئین، سهم عمده ای در تغذیه و سلامت انسان دارد.

همچنین نقش مهمی در اقتصاد روستایی بیشتر کشورهای در حال توسعه، به ویژه در مناطق خشک ایفا می کند. به منظور تولید پروتئین کافی برای جمعیت رو به رشد جهانی، سیستم های کشاورزی فشار بر زمین، استفاده از منابع آب و حفاظت از تنوع زیستی را افزایش می دهند.

راه‌حل‌هایی برای مقابله با تغییرات آب و هوایی و تقاضای بالا برای منابع طبیعی به‌ویژه در زمینه تولید علوفه ضروری است، زیرا نزدیک به 80 درصد از زمین‌های کشاورزی جهان را به خطر می‌اندازد و پایه خوراک چرای صنایع لبنی و گوشت قرمز را فراهم می‌کند.

فناوری های اصلاح مولکولی در محصولات علوفه ای می تواند بخش کشاورزی را از طریق افزایش بهره وری، استفاده کارآمدتر از منابع طبیعی و کاهش اثرات زیست محیطی بهبود بخشد. Transgenesis یک روش کلاسیک اصلاح DNA است که بر اساس تراژن انتقال داده شده به گیاه، محصولاتی با صفات مورد نظر تولید می کند (GM).

اصلاح ژنتیکی معمولاً به عنوان تغییر ماده ژنتیکی یک موجود زنده تعریف می شود که به طور طبیعی رخ نمی دهد. هدف این مقاله ، بررسی روش های مورد نیاز برای ارزیابی ایمنی محصولات تراریخته برای اهداف خوراک دام است.

خوراک GM

سهم بازار محصولات تراریخته از تجاری سازی نسل اولیه محصولات تراریخته در دهه 1990 به سرعت افزایش یافته است. عمده محصولات تراریخته موجود در بازار عبارتند از سویا (Glycine max L. Merr.) با 77 درصد از سطح جهانی برای محصولات منفرد (94.1 میلیون هکتار)، ذرت (Zea mays L.) با 32 درصد (59.7 میلیون هکتار)، پنبه (Gossypium arboretum L.) با 80٪ (24.21 میلیون هکتار)، و کلزا30% (Brassica napus L.) (10.2 میلیون هکتار). استفاده تجاری از ارقام محصولات تراریخته نیز اخیراً به گونه های بیشتری از جمله چغندرقند (Beta vulgaris L.)، پاپایا (Carica papaya L.)، کدو حلوایی (Cucurbita L.)، بادمجان ( Solanum melongena L.) ، سیب زمینی Solanum tuberosum L)) و سیب (Malus pumila Miller) گسترش یافته است و این محصولات در حال حاضر به صورت تجاری در آمریکا موجود هستند.

یک متاآنالیز شامل 147 محصول غذایی و خوراک نیز نشان داد که پذیرش فناوری تراریخته باعث کاهش 37 درصدی استفاده از آفت‌کش‌های شیمیایی، افزایش 22 درصدی محصول و افزایش سود کشاورزان تا 68 درصد شده است. محصولات تراریخته را می توان به عنوان محصولات غذایی و خوراک داد و ستد کرد. محصولات به عنوان غذای تراریخته طبقه بندی می شوند (زمانیکه مصرف کنندگان مستقیم عمدتا انسان هستند) و محصولاتی که فقط برای مصرف حیوانات در نظر گرفته شده اند به عنوان خوراک تراریخته در نظر گرفته می شوند.

با این حال، طیف وسیعی از محصولات تراریخته مانند ذرت، سویا و کلزا هم به عنوان غذا و هم به عنوان خوراک استفاده می شود. اکثر محصولات تراریخته موجود در بازار، به جز یونجه (Medicago sativa L. ssp. sativa) به عنوان غذای تراریخته ارزیابی شده اند، زیرا می توانند توسط انسان مصرف شوند. بر اساس زیست توده، بین 70 تا 90 درصد از تمام محصولات تراریخته، تخمین زده می شود که در مزرعه به عنوان خوراک دام استفاده شوند.

بر خلاف محصولات غذایی تراریخته، تنها چند نوع از محصولات علوفه تراریخته به صورت تجاری منتشر شده است. یونجه یک علوفه حبوبات مهم اقتصادی است که عمدتاً در مناطق معتدل می باشد. اولین محصول علوفه تراریخته که در ایالات متحده تجاری شد، Roundup Ready® Alfalfa از Forage Genetics International بود که می توان آن را به عنوان نسل اول تراریخته طبقه بندی کرد. ویژگی مقاومت به علف کش از طریق قرار دادن دو نسخه از یک ژن مشتق شده از Agrobacterium (cp4 epsps) تولید شد که محصول ترجمه ای (EPSPS؛ 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase) به تحمل گلایفوسیت کمک می کند.

چنین درج ژن خارجی، کاربردهای پس از سبز شدن علف کش های مبتنی بر گلایفوسیت را برای کنترل علف های هرز امکان پذیر می کند. به دنبال Roundup Ready® Alfalfa، یکی دیگر از تراریخته های نسل اول، HarvXtra™ Alfalfa (Forage Genetics International) توسعه یافت و به صورت تجاری منتشر شد. با استفاده از مکانیسم سرکوب ژن مبتنی بر RNA مداخله گر (RNAi)، محتوای لیگنین و ترکیب آن در این رقم اصلاح شده است. چمن چند ساله (Lolium perenne L) نیز یکی از مهم ترین گونه های علوفه ای در مناطق معتدل است.

اگرچه چندین گیاه چمن چند ساله تراریخته با ویژگی های بالقوه مفید اقتصادی ایجاد شده است، هیچ یک از آن ها به صورت تجاری آزاد نشده است. بهبود تحمل به تنش زیستی در شبدر سفید (Trifolium repens L) ( یک حبوبات مرتعی مهم در مناطق معتدل)، همچنین از طریق تولید گیاهان مصون از آلودگی ویروس موزائیک یونجه (AMV) ایجاد شده است.

اگرچه، این شبدر مقاوم به AMV هنوز به صورت تجاری منتشر نشده است. بهبود محصولات علوفه ای، از طریق تغییرات ژنتیکی و ویرایش ژنوم، این پتانسیل را دارد که نقشی کلیدی در برآوردن تقاضای فزاینده برای محصولات حیوانی ایفا کند.

بنابراین ارزیابی ریسک باید ایمنی آن را برای انسان، حیوانات و محیط زیست تضمین کند تا سیستم کشاورزی از نظر اقتصادی و زیست محیطی پایدار باشد.

ارزیابی ایمنی

شواهد علمی که باید در ارزیابی ایمنی محصولات تراریخته ارائه شود، می تواند در حوزه های قضایی مختلف متفاوت باشد. با این حال، توصیف مولکولی دقیق از محل درج تراژن، توسعه روش‌های ردیابی و مطالعات زیست‌محیطی در ارزیابی ایمنی محصولات تراریخته مهم هستند.

مطالعات دیگری مانند سم شناسی، حساسیت زایی، تغذیه و انتقال افقی با رویکرد مورد به مورد با توجه به دانش و فناوری های علمی جدید انجام شده است. استفاده از محصولات تراریخته به عنوان خوراک می‌تواند نگرانی‌های مربوط به ایمنی انسان را کاهش دهد و بر ویژگی‌های دیگری مانند ارزش غذایی و معادل‌های غذایی تأکید کند.

قابلیت ردیابی GM

قابلیت ردیابی GM سیستمی را توصیف می کند که امکان ردیابی محصولات غذایی / خوراک تراریخته را در تمام مراحل زنجیره تامین فراهم می کند. روش‌های تشخیص محصولات تراریخته در بسترهای مختلف، مانند غلات، آرد و علوفه، نه تنها برای اطمینان از قانونی بودن و قابلیت ردیابی مهم هستند، بلکه برای رعایت مقررات برچسب‌گذاری GM نیز مهم هستند.

روش‌های تشخیص و شناسایی GM معمولاً به مواد مرجع تأیید شده که به صورت پودر هستند متکی هستند، با این حال، تشخیص معمول باید در محصولات کشاورزی و غذایی مختلف انجام شود. انتخاب پروتکل‌های استخراج DNA از اهمیت حیاتی برخوردار است، زیرا DNA می‌تواند در مقادیر کم وجود داشته باشد.

بنابراین، روش استخراج باید برای هر محصول کشاورزی ارزیابی شود و عملکرد و خلوص DNA بالا را تضمین کند. روشی که برای مطابقت با الزامات ردیابی و برچسب‌گذاری انتخاب می‌شود، باید به اندازه کافی حساس باشد تا ژن(های) تراریخته را در سطوح زیر آستانه تحمل حوزه قضایی مربوطه شناسایی کند (به عنوان مثال، 5٪ در ایالات متحده، 1٪ AU، و 0.9٪ در اتحادیه اروپا). علاوه بر این، باید بتواند ژن تراریخته را از کالاهای کشاورزی خام که وارد زنجیره تولید خوراک می شوند، شناسایی کند.

به عنوان مثال برگ های تازه، برگ های خشک (یونجه)، گرده، دانه ها، پنجه ها یا ساقه ها و علوفه ای که می توانند به عنوان مواد فرآوری نشده وارد زنجیره خوراک شوند. در حال حاضر، qPCR روش استانداردی است که در آزمایشگاه ‌های مرجع ملی برای تشخیص و تعیین کمیت GM استفاده می‌شود. فرآیند تشخیص محصول GM که توسط آزمایشگاه های مرجع ملی دنبال می شود شامل دو مرحله متوالی است.

اول، غربالگری qPCR از وکتورهایی که معمولا در محصولات GM یافت می شوند، مانند پروموتر 35S از ویروس موزاییک گل کلم، Agrobacterium tumefaciens (tNOS) و نشانگرهای قابل انتخاب. فناوری‌های PCR دیجیتال قطره‌ای (ddPCR) از همان اصول تقویت DNA استفاده می‌کنند که qPCR، اما این فناوری‌ها می‌توانند دقت کمی بالاتری را از طریق تقسیم کردن مخلوط PCR به هزاران قطره نانولیتری که در آن‌ها تقویت PCR انجام می‌شود، ارائه دهند.

ویژگی‌هایی مانند کمی‌سازی مطلق، اجتناب از استفاده از منحنی‌های استاندارد، و انعطاف‌پذیری بالا در برابر بازدارنده‌ها، ddPCR را به یک جایگزین امیدوارکننده برای ردیابی GM تبدیل می‌کند. فناوری‌های SGS همچنین برای انطباق با الزامات ردیابی GM به دلیل توانایی تشخیص تمام توالی‌های هدف در چندین نمونه پیشنهاد شده‌اند.

با این حال، نیاز به دانش بیوانفورماتیک برای تجزیه و تحلیل داده ها و دستگاه های پیچیده تر، استفاده از آن را در تشخیص GM محدود می کند. با این حال، همه روش‌های فوق مبتنی بر آزمایشگاه و زمان‌بر هستند، به طوری که توسعه دستگاه‌ های سریع و قابل حمل با روش‌های معمول غربالگری توان عملیاتی، احتمالاً در آینده نزدیک ادامه خواهد یافت.

ارزیابی خطرات زیست محیطی

ارزیابی خطرات زیست‌محیطی (ERA) با هدف تعیین اینکه آیا یک نوع محصول جدید تراریخته اثرات مستقیمی بر محیط طبیعی دارد یا خیر. اگرچه طیف وسیعی از عوامل مانند اثرات بر تنوع زیستی، اصلاح کیفیت خاک و آب و کنترل بیماری و علف های هرز باید در این فرآیند در نظر گرفته شود، نگرانی اصلی ERA جریان ژن (GF) ژن تراریخته بین خویشاوندان وحشی است.

GF نتیجه حرکت گامت ها یا افراد از یک جمعیت خاص به جمعیت دیگر است که ممکن است تغییر قابل توجهی در فراوانی آللی جمعیت دریافت کننده ایجاد کند. این پدیده نه تنها بین جمعیت های یک گونه، بلکه بین گونه های نزدیک به هم مشاهده شده است. در مورد جمعیت‌های گیاهی طبیعی، چنین حرکتی می‌تواند از طریق بذر، تکثیر رویشی یا گرده انجام شود و اهمیت آن در بین گونه‌های گیاهی متفاوت است.

یک خطر بالقوه تراریخته GF گرده افشانی متقابل بین محصولات تراریخته و گونه های بومی است که از زمان کشف تجاری گیاهان تراریخته به شدت مورد بحث قرار گرفته است. GF با واسطه گرده در طول تولید محصولات تجاری تراریخته از جمله ذرت، کلزا، پنبه و سویا گزارش شده است.

یکی از رایج ترین اقدامات برای کاهش GF با واسطه گرده، فواصل جداسازی است. این به عنوان حداقل فاصله بین مزارع زراعی تراریخته و غیرتراریخته از یک گونه تعریف می شود که باید از رسیدن نرخ گرده افشانی متقابل به سطوح آستانه جلوگیری کند.

عوامل متعددی مانند اندازه جمعیت، فاصله، و همزمانی گلدهی بین مزارع اهداکننده و گیرنده و همچنین شرایط باد محلی، همگی بر تعیین فاصله ایزوله مناسب تأثیر می‌گذارند. فاصله جداسازی های مختلف برای جلوگیری یا به حداقل رساندن لقاح متقابل بین مزارع GM و غیر GM تعیین شده است. به عنوان مثال فاصله جداسازی 20 متر برای ذرت، 9 متر یا بیشتر برای پنبه، و 5 متر برای سویا لازم است.

مطالعات ایمنی خوراک

اکثریت قریب به اتفاق محصولات علوفه ای برای دام تغذیه می شود. از این رو، هر گونه مصرف مواد غذایی تراریخته توسط انسان یک اثر غیرمستقیم است و به راحتی می توان آن را تنظیم و کاهش داد تا از ایمنی کامل اطمینان حاصل شود. مطالعات ایمنی خوراک بررسی می‌کند که آیا اصلاح ژنتیکی می‌تواند به طور ناخواسته سمیت یا حساسیت‌زایی گیاه تراریخته را برای انسان یا حیوانات و همچنین تغییرات در ویژگی‌های تغذیه‌ای را افزایش دهد.

مطالعات تغذیه بر پاسخ به سه موضوع اصلی تمرکز دارد که شامل ارزیابی تغذیه ای، ایمنی محصول جدید برای انسان و حیوانات و ایمنی محصول حاصل از حیوانات پرورش یافته با خوراک تراریخته. به گفته سازمان همکاری اقتصادی و توسعه (OECD)، مفهوم ارزیابی تغذیه ای به این ایده اشاره دارد که محصولات غذایی غیر تراریخته موجود می توانند به عنوان مبنایی برای مقایسه در هنگام ارزیابی ارزش غذایی و ایمنی مواد غذایی اصلاح شده با روش های بیوتکنولوژی مدرن عمل کنند.

این مقایسه به تعیین کمیت اثر تراریخته و همچنین درک تنوع در گونه های طبیعی برای صفت در حال اصلاح کمک می کند. تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی به عنوان اولین گام برای ارزیابی تغذیه ای عمل می کند. با این حال، چنین مقایسه‌ای عمدتاً بر این فرض استوار است که یک رقم موجود با سابقه استفاده ایمن، می‌تواند به عنوان یک مبنا برای قیاس در هنگام ارزیابی ایمنی غذا/خوراک تراریخته عمل کند. OECD، یک سازمان بین دولتی که در آن نمایندگان 30 کشور صنعتی در آمریکای شمالی، اروپا و اقیانوس آرام، اسناد اجماع در مورد گیاهان تراریخته رایج دارند که منبع ارزشمندی برای اطمینان از ارزیابی منسجم هستند.

به عنوان مثال، آزمایش ذرت تراریخته با ژن sb401 در قیاس با ذرت با کیفیت پروتئین معمولی نشان داد که ذرت غنی از لیزین بی خطر است. ارزیابی یک سویا Bt که مقاومت به آفات و گلیفوسیت را ایجاد می کند، به این نتیجه رسید که سویا Bt به اندازه همتایان سنتی خود بی خطر است.

ارزیابی ایمنی هر کشور می تواند متفاوت باشد و در برخی از حوزه های قضایی آزمایش های حیوانی لازم نیست. به عنوان بخشی از ارزیابی برای مسائل ایمنی حیوانات، مطالعات in silico یا in vitro همچنین می‌توانند تخمینی از تأثیر خوراک GM در تغذیه حیوانات هدف را ارائه دهند.. تمام مطالعات آزمایشگاهی باید بر اساس دستورالعمل های بین المللی شناخته شده انجام شود. OECD دستورالعمل هایی را برای آزمایش های مختلف حیوانی و آزمایشگاهی تهیه کرده است. آزمایش تغذیه با استفاده از حیوانات مدل برای ارزیابی ایمنی محصولات غذایی تراریخته انجام شده است. با این حال، گونه‌های اصلی حیوانی که محصولات غذایی تراریخته را مصرف می‌کنند، دام‌هایی مانند گاو، گوسفند، خوک و طیور هستند.

گاوها و گوسفندان متعلق به دسته نشخوارکنندگان هستند، با یک سیستم گوارشی منحصر به فرد که به آن ها توانایی دریافت مواد مغذی از محصولات علوفه ای را با تجزیه محتوای سلولز آن در محفظه معده ویژه با استفاده از اقدامات میکروبی می دهد. از سوی دیگر، خوک ها دارای سیستم گوارشی تک معده ای با معده آنزیمی بسیار شبیه به انسان هستند و طیور دارای سیستم گوارشی پرندگان بدون دندان برای جویدن خوراک هستند. گاو و گوسفند گیاهخوار هستند، به طوری که رژیم غذایی آنها عمدتاً مبتنی بر علوفه است، در حالیکه خوک، طیور و انسان همه چیزخوار هستند، بنابراین آن ها بیشتر غلات و برخی گیاهان را می خورند.

خوک ها به دلیل آناتومی و فیزیولوژی روده مشابه (به ویژه ایمنی مخاطی) و نیازهای تغذیه ای به طور گسترده به عنوان مدل برای انسان مورد استفاده قرار گرفته اند. با توجه به تفاوت های آناتومیکی و عادات غذایی آن ها، ارزیابی ایمنی یک خوراک تراریخته با یک آزمایش واحد و یکپارچه غیرممکن است.

طراحی رویکردهای استاندارد شده در شرایط آزمایشگاهی می تواند زمان و هزینه این فرآیند را کاهش دهد و از استفاده از حیوانات جلوگیری کند.

انتقال افقی ژن

HGT به حرکت یک ماده ژنتیکی به یک سلول یا موجود زنده در سراسر مرزهای بین گونه ها اشاره دارد. در مورد ارگانیسم‌های GM، انتقال ژن(ها) به سایر گونه‌ها، به ویژه میکروارگانیسم‌ها، یا جمعیت طبیعی گونه‌های مرتبط با طبقه‌بندی مورد توجه بوده است، زیرا چنین انتقالی ممکن است بر سلامت انسان/حیوان و محیط‌های طبیعی تأثیر بگذارد.

در مطالعاتی که روی گاوهای تغذیه شده با ذرت تراریخته انجام شد، DNA نوترکیب از شیر، خون، ماهیچه، کلیه، کبد یا طحال شناسایی نشد. به طور مشابه، در مطالعات روی طیور تغذیه شده با ذرت تراریخته، DNA نوترکیب از ماهیچه، کلیه، کبد و طحال و همچنین تخم مرغ شناسایی نشد.

از برخی از این مطالعات، تنها امکان کمی برای الحاق DNA نوترکیب به ژنوم اندام های گوارشی انسان یا حیوان پیشنهاد شده است و اکثر مطالعات به این نتیجه رسیده اند که چنین خطر انتقال افقی تراریخته ناچیز است. فرآیند هضم سریع DNA نوترکیب که با مطالعاتی که در بالا توضیح داده شد، نشان می‌دهد که خطرات غیرمستقیم بر سلامت انسان کم است.

ایمنی محصولات غذایی تولید شده از تغذیه حیوانات از محصولات تراریخته نیز به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است و در اکثر مطالعات، هیچ گونه DNA نوترکیب در محصولات حیوانی یافت نشد. بسیاری از یافته های علمی تا به امروز خطر قابل توجهی را که مستقیماً با مصرف محصولات تراریخته مرتبط است پیدا نکرده است و این یافته ها را می توان به گونه های علوفه ای تعمیم داد.

منبع: پائولا گیرالدو، The University of Melbourne