Bezárás
Biotechnológikaland

’Sajtszemle’ – Mikrobiális géntechnológia az élelmiszeriparban

(Biotechnológikaland No62)

A vermonti sajtféleségek körül robbant ki a botrány, s nem sokkal később Olaszországban is. GMO vagy nem-GMO termék az, amit sajtként az asztalunkra tesznek? Jelölni kell az efféle terméket, vagy sem? Költői kérdés ez az Egyesült Államokban, ahol a GMO-tartalom jelölése nem kötelező. Az Európai Unió jogrendszere azonban ezt nagyon is komolyan veszi. Milyen okai lehetnek a kételkedésünknek? Az egyik az állatok takarmányozása lehet, amelyben GM-kukorica, GM-szója, GM-cukorrépaszelet, GM-repce- és GM-gyapotmagpogácsa is megtalálható. Itt az alapfeltételezés (lásd a kellő mélységű ismeretanyag hiányában az elővigyázatosság elve) az, hogy a GMO-tartalom ártalmas az – állati és emberi – egészségre. Ez a nagyon is tévútra csúszott ideológiája a nálunk is terjedőben lévő GMO-mentes tej, tojás és hús jelölésnek. A módosított fehérje megjelenését (pl. Cry-toxinok) ezekben a termékekben még senki sem mérte. A mérési módszerek érzékenysége zsíros, állati eredetű mintákban nem elégséges a biztos állításokhoz. Nem állítom azt, hogy lehetetlen ilyen fehérjék megjelenése, mert például a krónikus bélbetegségekben szenvedőknél a bélfalon való rendellenes átlépés ismert, illetve az eltávolított vastagbélnél is közöltek rendhagyó eredményt. De a konkrét GMO-kra vonatkozó konkrét bizonyítékokról nem beszélhetünk. Az európai államok egy része tehát rendesen elvetette itt a sulykot: humán- vagy emlőstoxikológiai alapon nincs tudományos magyarázata az állati termékek GMO-címkézésének. Ökotoxikológiai alapon, vagyis még mindig a természettudományok talaján viszont esetleg. Kereskedelmi alapon (az üzlet mindenek felett) pedig kifejezetten ellentmondásos a GMO-mentes jelölés, ami közel 25%-kal drágább termékeket eredményez, miközben ezért, úgy tűnik, csak díszes márkajelet kapunk, többlettartalmat nem. Más a helyzet a biotermékeknél, ahol a takarmányozási folyamat ellenőrzése lehetőséget ad biztos állításokra, és a szolgáltatások egy sokkal gazdagabb formáját kapjuk ellenértékként, ahol a termék-előállításban nem játszhat szerepet GM-szervezet, műtrágya, szintetikus növényvédő szer és gyógyszer. Az állati termékek GMO-mentes jelölés tehát szerintem tévút, egyike korunk profit-vezérelt vakbuzgóságának.

A második kritizált pont az oltóenzim (kimozin) eredete, amit a tej alvasztáshoz használunk, és ami valóban származhat GM-mikroszervezetekből. A géntechnológia lehetőséget teremtett GM-mikroszervezetek alkalmazására a tejiparban. Ma kimozin A enzimet állítanak elő az Escherichia coli K-12 bélbaktérium (Pfizer), míg kimozin B-t a Kluyveromyces lactis élesztőgomba (Gist-brocades) és az Aspergillus niger var. awamori NRRL 3112 (Chr. Hansen) fonalasgomba módosított törzseivel is. A Chy-Max (Chr. Hansen A/S., Dánia) tejoltóanyag például rekombináns Aspergillus niger terméke (206. kép), amelyben mikrobiológusok a fajra jellemző természetes génkészletet plazmidon bevitt idegen génekkel egészítették ki. A Chymogen (Chr. Hansen) hasonló, korábbi termék. Az élelmiszeripari fermentációban az Aspergillus oryzae fonalas gomba is említést érdemel. A szójaszósz (szója és búza együttes fermentálásával készül), a miszo (szójababból és rizsből erjesztik) és a szaké (a rizsből készül) előállításában kulcsszerepet játszik ez az Aspergillus-faj. Ezek azonban tradicionális termékek, ahol a géntechnológia még nem jelentkezett, bár rekombináns Aspergillus oryzae felhasználása ismert pektin-észteráz enzim termeltetésére.

206.kép: Aspergillus niger által előállított tejoltó-enzim, mint kereskedelmi termék (Fotó: fromagex.com)

További széleskörűen használt megoldás, a módosított Kluyveromyces lactis gomba segítségével készített Maxiren XDS (DSM – Németország), amit mozzarella és különféle pizzasajtok készítéséhez javasolnak. A GM-szervezetek által előállított kimozin enzim miatt igen sok tömbsajt- (címkép), félkemény- és keménysajt-féleség GMO besorolást kaphatna, hiszen az Egyesült Államokban a felhasznált GM-szervezetek által készített oltóenzim aránya 90% körüli. Ez a kimozin, bár GMO-termék (FPC-nek nevezik, és az ökológiai termék előállításnál használata tiltott), valójában tisztított enzimfehérje, vagyis a GM-mikroorganizmus nincs jelen a tejoltási folyamatban. A US FDA a GM-szervezetekkel előállított kimozint GRAS (generally regarded as safe) minősítéssel látta el, tehát biztonságosnak találta. Mindezt, a sokak által kritizált lényegi azonosság elve alapján tette.

Végül a harmadik, élénk vita alatt álló terület a sajtokhoz kevert vagy éppen azokkal helyettesített élesztő- és bakteriális eredetű fehérjék, amelyek GMO-k is lehetnek. Ez utóbbinál a kérdés számomra az, hogy ilyen termékeket szabad-e sajt néven forgalmazni (napjainkban a virsli és párizsi kapcsán történt a piacon lényegi változás, amely megszabja a névhez tartozó minimális hústartalom mennyiségét), vagy számukra új elnevezést kellene kitalálni, ami utal a termék lényegi másságára, s amit a vegetáriánusok is fogyaszthatnak, ha ezt a megoldást el tudják fogadni. Ebben a megoldásban – igaz nagyságrendekkel alacsonyabb mennyiségben – még mindig akad állati eredetű fehérje, bár nem fűződik hozzá állathalál.

A földi élőszervezeteket eukarióta (maghártyás) és prokarióta (maghártya nélküli) szervezetekre osztjuk. Az eukarióta csoportot egyenes kromoszómásoknak is mondjuk, amelyekre jellemző az ivaros szaporodás, amely a következő nemzedék eltérő genetikai összetételét eredményezi. Közülük talán az egysejtűek közé sorolt sütőélesztő a leginkább tanulmányozott faj. A Saccharomyces cerevisiae (sütő- vagy pékélesztő, sörélesztő, borélesztő stb.) szelekciója és módosítása igen hosszú időre nyúlik vissza. Az európai GMO-szabályozás előtt az Egyesült Királyságban 1990-ben, majd 1994-ben kibocsátottak módosított sütőélesztőt (Gist-brocades és BRF Int.), amely aligha volt azt követően visszahívható. Az élesztő további genetikai módosítása vezetett el a bioetanol és egy seregnyi további vegyületcsoport termeltetéséhez élesztőtörzsekben. 2016-ban a korábban ismert 24 törzs mellett 102 törzset használtak sör- (ezek alcsoportokra tagolhatók), 19-et bor-, 11-et égetett szesz-, 7-et szaké-, 5-öt bioetanol-, 4-et kenyér-előállításban, 7-et spontán erjesztéshez (vadtörzsek) és további 2-öt laboratóriumi célra. Ez összesen 181 törzset jelent, amely többségének élelmiszeripari felhasználása ismert. Mára specialisták foglalkoznak ezzel az egyetlen fajjal és törzseivel.

A bioetanol előállítására alkalmas olcsó növényi részek (tehát nem állatok takarmányozására alkalmas szemes termény) többsége kémiailag poliszacharid: cellulóz, hemicellulóz, lignin, szuberin és pektin. A cellulóz kivételével pentózok (arabinóz, xilóz stb.) is alkotják, amelyekből készülő polimereket a természetes sütőélesztő nem hasznosítja, de a gerincesek tápcsatornáján is emésztés nélkül haladnak át. A lignocellulóz bontásakor keletkező pentózok a növényi biomassza 20%-át is kitehetik. Ennek hasznosítása tehát nagyon is kívánatos lenne. A géntechnológiával módosított élesztőtörzsekben ezt a problémát kellett megoldani, vagyis lebontani a polipentózokat, majd a keletkezőket pentózok hasznosítását lehetővé tenni, amiből etanol keletkezik. A sütőélesztő azonban a fenti módosítási formán túlmenően rendkívül sokrétűen hasznosítható, azaz komplex biogyárként működtethető géntechnológiai forma, amely zárt rendszerében előállíthat különféle bioaktív vegyületeket is.

2014-ben állították elő szintetikus úton a sütőélesztő legkisebb kromoszómáját, és most a Synthetic Yeast 2.0 programban az élesztő teljes kromoszómakészletének szintetikus előállítása a cél. Túl azon, hogy jelentős nemzetközi összefogással komoly szintetikus biológiai siker van születőben, a pályázatkiíróknak szóló eléggé elhasznált ígéretben (2050-re tízmilliárdan leszünk, s a népesség kétharmada hatvan év fölötti lesz) személyesen nem hiszek. Hiszen e kettőnek mi köze egymáshoz, hacsak nem a tudásunk bővülése, amelyet lineárisnak képzel el még ma is az alkalmazott genetikával foglalkozó közösség? A Föld embert eltartóképessége véges.

207.kép: Hústalan burgerkorongok (Fotó: thespoon.tech)

A különféle fehérjealapú gyógyszerek (pl. interferon γ) előállításakor is előszeretettel használt Pichia pastoris jelenkori módosításához – itt kilenc gént plazmidon vittek be erre a célra, amelyek közül több szójából származik – rekombináns szervezetet eredményezett, ami az európai szabályozás szerint GMO minősítésű. Szeretném azonban, ha ez nem negatív minősítésnek tűnne, csupán az európai jog szerinti ténymegállapításnak. Ez az a technológiai lépés, amely állati fehérje nélküli húsjellegű élelmiszert eredményezett (207. kép), ami a vegetáriánusokat célozta meg. Előállítójuk (Impossible Foods) számításai szerint nem igényelnek termőföldet (termelés szempontjából értéktelen területre helyezhetők a gyárak), és az előállítás az állattartásnál kevesebb vizet használ, s – a marhahúsból készült hamburgereke gondolva – kevesebb üvegházhatású gáz (itt metán) kibocsájtásával jár. Ezek az élelmiszerek minden bizonnyal megosztják majd a fogyasztók rokonszenvét; támogatóként léphetnek fel az állatvédők, akiknek a hús íze (itt egyszerűsítve a mioglobinról és annak hemcsoportjáról van szó) ellen nincs kifogása, csak a hústermékekhez vezető zárt állattartási, majd vágóhídi viszonyokat utasítják el.

A gerincesekből nyert húsféleségekből származó fehérjét kevésnek becsülik az emberiség várható népességrobbanáshoz képest. Azok, akik nem a kézenfekvő népességszabályozásban látják a megoldást, különféle ígéretekkel jelentkeznek, s ezekben a géntechnológia élen jár. A kezdetektől találkozunk az éhezés felszámolásában vállalt karitatív céllal, amit a növény- és állat-géntechnológia – a hangzatos ígéretek ellenére – nem képes teljesíteni. Ma már csak tájékozatlan és elvakult pro-GMO-aktivisták hirdetik a módszer használhatóságát ezen a szinten. Sokan a rovarlárvák élelmiszerlánci használatát javasolják, amelyet illetően lehetnek előnyök (állati takarmányozás), de létezik súlyos averzió is az emberi elfogadást illetően. A mikrobiális géntechnológia biomassza-produkciója elgondolkodtató, hiszen segítségével nagy mennyiségű fehérje állítható elő, magas B-vitaminszinttel és koleszterin nélkül. Az élesztőgombák eddigi élelmiszeripari szerepe is jó jel az averzió elkerülésére.

A pektin-észteráz tartalmú NovoShape (Novozymes) készítményében az Aspergillus aculeatus génje rekombináns Aspergillus oryzae fajba kerül. Ez a gyümölcsfeldolgozás során kínál új lehetőséget az iparnak. A Pectinex Smash készítményt (Novozymes) alma és körte feldolgozásánál használják elsősorban. A Pectinex készítményekben az Aspergillus niger rekombináns törzsét használják több enzim (pl. pektin-transzelimináz, poligalakturonáz és pektinészteráz, valamint hemicelluláz, celluláz enzimek) termeltetésére, aminek következménye a megfelelő mennyiségű és minőségű dzsúsz, dzsem és lekvár előállítása.

208.kép: Lactococcus lactis (Fotó: Joseph A. Heintz/UW)

Az egyenes kromoszómájú gombákon túlmenően az élelmiszeripar figyelme a fakultatív aerob, nem sporuláló, magas fermentációs aktivitású, körkromoszómás (prokarióta) baktériumok, a Lactobacillus-ok felé fordult, amelyek közös jellemzője, hogy a cukrokból tejsavat állítanak elő. A tejsav emeli a savasságot (csökkenti a pH-értéket), és ez sok káros mikrobiális szervezetet tevékenységét megfékezi. A Lactobacillus lactis (>70 Lactobacillus-faj ismert) ezen túlmenően baktericid hatóanyag (lacticin) termelésre is képes, ami a gyakori ételmérgezéseket okozó Listeria monocytogenes (gorgonzola sajtban gyakori probléma) elszaporodását akadályozza. A nisin (E234) a legismertebb policiklikus peptidszerkezetű bakteriocid, amit a Lactococcus lactis (208. kép) termel, és amit az ipar felhasznál élelmiszer-tartósításra (pl. sajtok, húsok). Hatására számos baktériumfaj (Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus és Clostridium botulinum) érzékeny.

Közös névvel tejsavbaktérumoknak (LAB) nevezzük a jobbára tejipar által használt oltóanyagokat. Jótékony hatásuk az Újkőkorszak (neolitikum – időszámítás előtt tízezer év) óta ismert. A tej-, hús- (Lactobacillus plantarum kolbász- és szalámi-fermentációnál), olivabogyó-, uborka- és káposztasavanyításnál (Lactobacillus brevis és Lactobacillus plantarum), valamint szilázskészítésnél eltérő fajokat használhatnak, bár igen gyakori a több fajra épülő fermentáció. A tejföl, túró, író, cheddar-jellegű keménysajtok, camembert és a kéksajtok (plusz Penicillium roqueforti) készítéséhez alapvetően a Lactococcus lactis subsp. cremoris és Lactococcus lactis subsp. lactis; az olasz mozzarella, parmezán-, provolone– és romano-jellegű (Pecorino Romano) keménysajtokhoz a Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus és Lactobacillus helveticus (svájci sajtokhoz) fajokat használják. Az egyes márkáknál alkalmazott másodlagos mikroflóra jelentősen eltérhet és eredményez nagyon eltérő állagot, szagot és aromát. Ez különösen jellemző a francia sajtokra, amelyek kisszériás (családi) változatai – akárcsak az eredetileg szerzetesek által készített belga söröknél – féltve őrzött receptű erjesztések következményei. Streptococcus– és Lactobacillus-fajokat használnak joghurtok előállításánál (pl. Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus és Streptococcus thermophilus), valamint Lactobacillus– és Bifidobacterium-törzseket probiotikus tejkészítményekhez. A körkromoszómás szervezetekre az egyetlen óriási ciklikus kromoszóma és az ivartalan szaporodás (ha úgy tetszik a klónozás) a jellemző. A speciális képességek kialakulásában a plazmidokon (fakultatív mikrokromoszómák) található pluszgének szerepe igen nagy. A plazmidokon lévő gének opcionálisak, nem szükségesek a faj életfunkcióit tekintve, viszont új tulajdonságok szerezhetők ezen az úton. Konjugációs kapcsolat nemcsak fajon belül, hanem rendszertani szempontból távol eső fajok között is megvalósulhat. Az ipari érdeklődés, a genetikai karakterizálás nagyon hamar elkezdődött, hiszen ez a klasszikus mikrobiológia révén is megvalósítható volt. A LAB csoport tagjai közel 2-3000 gént (gene pool) tartalmaznak.

A probiotikus képesség napjainkban igen gyakori beszédtéma, és ebben a bélflóra (tápcsatornai biom) regenerációját említik leginkább, amely antibiotikumok szedésekor könnyen sérül. Az érintetlen bélflóra a kiegyensúlyozott immunrendszeri működés egyik alapfeltétele. A legismertebb tejkészítmények: Bifidobacterium animalis DN 173010 törzs – Activia (Danone), Lactobacillus casei immunitass – Actimel (Danone), Bifidobacterium lactis HN019 (DR10) törzs – Howaru Bifido (Danisco), Bifidobacterium breve Yakult – Bifiene (Yakult), Lactobacillus casei Shirota – Yakult (Yakult). Gyógyszerben kapható formái, pl. Saccharomyces cerevisiae (boulardii) lyo – DiarSafe (Wren Lab.) és a Lactobacillus casei rhamnosus Döderlein – Gynophilus (Probiotics Int.).

A bakteriális konjugáció a plazmidokon helyet foglaló gének miatt lehetőséget ad speciális tulajdonságú és genetikai összetételű törzsek létrehozásához, amelyek még nem minősülnek géntechnológiai módosításnak, hiszen a természetben lezajló események következményei. Rekombináns elnevezést használunk a mikrobiológiában akkor, ha a konjugációval ez a génszerzés nem valósulhat meg. A rekombináns DNS ehhez képest géntechnológiával megváltoztatott örökítőanyagot jelent. Az iparban használt törzseknél a szelekció során külön figyelmet fordítottak a bakteriofág-rezisztenciára (vírusok, amelyek baktériumokat fertőznek).

A LAB csoport géntechnológiával való módosításakor többféle új tulajdonságot várhatnak, így magas B12 vitamintermelést, ami a Lactobacillus reuteri sajátja, vagy speciális ízeket amelyeket Lactococcus lactis MG1363 (alanin-, α-acetolaktát-, acetoaldehid-produkció növelése) és Streptococcus thermophilus törzsek állíthatnak elő. A rekombináns Lactococcus lactis fontos szerepet tölt be a vakcina-előállításban, így a Streptococcus pyogenes (változata a rettegett húsevő baktérium), Streptococcus pneumoniae (bakteriális tüdőgyulladás-féle), Haemophilus influenzae (bakteriális influenza), Mycobacterium tuberculosis (tuberkulózis), Bordetella pertussis (szamárköhögés) és Neisseria meningitidis (bakteriális agyhártyagyulladás) betegségek elleni vakcinaelőállításban.

209.kép: Cheetos (sajtízű snack), mint az összetett élelmiszerek GMO-rejtvénye (Fotó: Next TwentyEight)

Az élelmiszeripari géntechnológia európai fogadtatása egyáltalán nem kedvező. Az európai fogyasztók minősített többsége utasítja el a módosított élelmiszereket, és szavaz a megszokottra. Ebben jelentős szerepe van a korai bevésődésnek, hogy gyermekkorunkban milyen ízekkel és összetételekkel barátkoztunk meg, s melyekhez fűződhet nosztalgikus táplálkozási élményünk. Szerepet játszik ebben a természetes születés pillanatától épülő (a születéskori mikrobiommal fejlődik az immunrendszerünk, amikor a csecsemőmirigyben a saját és idegen elkülönítése zajlik) és főként antibiotikumok szedésekor leépülő tápcsatornai mikrobiális biomunk, ami visszajelzi a táplálék elfogadhatóságát. Ennek az újjáépítése nagyon nehéz gyógyászati feladat, hiszen az immunrendszerünk ellenáll a kívülről bevitt, másnál bevált törzseknek, vagyis nagyon leszűkíti a tápcsatornai biom újraépítésének lehetőségét.

A jogi szabályozáskor lényeges különbséget kellene tennünk (a mai európai szabályozásban ez még nem hangsúlyos) a LMO (living modified organism), vagyis az élő és szaporodásra képes, géntechnológiával módosított szervezetek, valamint azok tisztított termékei között. Ez utóbbi esetben a termeltetés folyik LM-szervezettel, de az élő szervezetet a végén elölik, és csak a fehérjeterméket hasznosítjuk. Van, aki szerint a szóban forgó fehérjét elégséges kémiailag azonosítani, és azt követően a lényegi azonosság elve alapján járhatja a hagyományos termékek útvonalát. Mások szerint, viszont ez a termeltetett fehérje sohasem lesz pontosan azonos a natív szervezetben termelttel, s ilyenkor kezdődhet a lényegi másság elve körüli vita, vagyis milyen hasonlóság mellett tekintünk valamit azonosnak? Ki válaszolhat erre kémikus (a szerkezet mérlegelése után) vagy biológus (a hatás elemzését követően)?

Az egyszerű élelmiszereket tekintve a döntés még egyszerű, de élelmiszereink többsége összetett (209. kép). Mikortól számít valami jogi szempontból GM-élelmiszernek? Ha a teljes összetétel 0,9%-át meghaladja a GM-összetevő, vagy ha a speciális komponensen belül meghaladja ezt a szintet. A méz esetében azt választották, hogy a benne lévő pollen a méz része, ezért egyszerű élelmiszer, és a méztömeg egészére vonatkozik a 0,9%. Az amerikai kontinensről származó mézeket valószínűleg GMO-jelöléssel kellett volna ellátni, ha a pollenfrakciót önállóan minősítenénk, hiszen a méhek által gyűjtött GM-növényről származó pollen belekerül szennyezőként a mézbe. Az összetett élelmiszerek esetében az egyes összetevőkön belülre vonatkozik a 0,9% limithatár.

A növényvédelemben felhasznált Bt-növények esetéről ismert az, hogy a növénybe a Cry-toxinokat termelő cry-gének kurtított változatait vitték be, így a Bt-növény proaktivált Cry-toxinokat termel, amely lényegesen kisebb méretű, mint az eredeti fehérjetoxin. A gerinces hormonként funkcionáló inzulin baktériumokban való termeltetése is eredményez szerkezeti eltéréseket, ami nem megy a hatás rovására. A bakteriális toxin eltérő fajú, nem konjugáló kapcsolatú baktériumokban való termeltetése viszont aggálytalan.

A körkromoszómás prokarióta szervezeteknél a GMO-státusz megítélése csöppet sem könnyű. A plazmidok, azokon való gének vesztése és nyerése természetes folyamatok, ezek tehát nem eredményeknek automatikusan GM-szervezetet, kivéve, ha két faj között nincs konjugációs kapcsolat. Az óriás körkromoszóma génösszetételének változtatása azonban már GM-szervezetet eredményez. Itt is elronthatunk géneket (géncsendesítés), de géneket cserélhetünk, vagy kiegészíthetjük azokat. Elgondolkodtató, hogy ebben az esetben a genomszerkesztés technológiája vezet új GM-szervezetekhez. A genomkiegészítés esetében egészen távoli szervezetből – eukarióta szervezetből is – származhat az idegen gén, és ekkor a maghártya nélküli egysejtűnk számukra addig ismeretlen (valójában sokszor haszontalannak, funkció nélkülinek tekintett) fehérjék gyártásába kezd. A rekombináns mikroszervezetekkel való gyógyszergyártás ezt az utat járja.

Darvas Béla

Előfizetőket keresünk – támogasd az Átlátszót

Az Átlátszó nonprofit szervezet, nem fogadunk el pénzt politikai pártoktól vagy az államtól. Rád viszont nagyon számítunk!

Támogatom