КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 20-16-00083
НазваниеФормирование алгоритма исследований и разработка подходов к оценке безопасности новых источников пищи, полученных c использованием насекомых
РуководительТышко Надежда Валерьевна, Доктор медицинских наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи, г Москва
Период выполнения при поддержке РНФ | 2023 г. - 2024 г. |
Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (45).
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-303 - Новые источники пищи
Ключевые словаНовые пищевые продукты, нетрадиционные источники продовольственного сырья, альтернативные источники белка, биомасса насекомых как источник продовольственного сырья, черная львинка (Hermetia illucens), подходы к оценке безопасности пищевой продукции нового вида, продовольственная безопасность, алгоритм оценки безопасностигосударственная регистрация пищевой продукции нового вида
Код ГРНТИ65.09.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В рамках реализации Проекта-2020, целью которого являлось формирование комплексной системы оценки безопасности пищевой продукции нового вида, полученной с использованием насекомых, были решены 2 основные задачи: (1) сформирован оптимальный перечень параметров пищевой ценности и безопасности, рекомендованных для изучения при гигиенической оценке продовольственного сырья, полученного из насекомых; (2) на 3-х поколениях крыс проведены комплексные исследования сухой биомассы личинок черной львинки. Результаты проведенных исследований послужили научным обоснованием для формирования стандартного протокола оценки безопасности продовольственного сырья, полученного из насекомых, таким образом, поставленная цель была достигнута.
В то же время, выполнение Проекта-2020 позволило выявить уязвимость модели снижения адаптационного потенциала, разработанной в "ФИЦ питания и биотехнологии", и рекомендованной для применения в репротоксикологических исследованиях малотоксичных объектов. Принцип действия данной модели основан на снижении в рационе дозы некоторых витаминов группы В (В1, В2, В3, В6) и минеральных веществ (Fe3+ и Mg2+), участвующих в формировании адаптационного потенциала организма крыс, что обеспечивает повышение чувствительности животных к воздействию негативных факторов. Уязвимость модели заключается в сдвиге формулы дефицита эссенциальных веществ в рационе при изучении токсических свойств продукции со сложным составом, содержащей или витамины группы В, или соли железа и магния в агравированных количествах. Именно с такой проблемой мы столкнулись в работе с сухой биомассой личинок черной львинки, содержание железа в которой более чем на 300% превышало суточную потребность, что не позволило реализовать оптимальные условия для функционирования модели снижения адаптационного потенциала.
Принимая во внимание накопленный опыт в области моделирования дополнительной нагрузки, снижающей адаптационный потенциал, выполнявшая Проект-2020 научная группа приняла решение о необходимости разработки новой формулы алиментарной модели, пригодной для использования при оценке безопасности пищевых продуктов со сложным составом. Работа в этом направлении будет проведена в рамках Проекта-2023, есть все основания полагать, что все поставленные задачи будут выполнены.
В рамках Проекта-2023 предполагается разработать модель снижения адаптационного потенциала за счет модификации белкового компонента рациона (будут рассмотрены варианты снижения содержания белка в рационе). Принимая во внимание многообразие функций белка в организме (от структурной и моторной до сигнальной и регуляторной), обеспеченность полноценным белком является необходимым условием реализации адаптационного потенциала. Определение маргинальных уровней полноценного белка в рационе, обеспечивающих, с одной стороны, физиологические потребности экспериментальных животных, с другой стороны, снижающих адаптационный потенциал, и, как следствие, повышающих чувствительность к токсическому воздействию, будет являться целью данного исследования.
На весь период выполнения проекта запланировано 4 эксперимента in vivo, в рамках которых будут определены пороговые уровни содержания белка (с учетом степени риска развития патологии в разные периоды онтогенеза), обеспечивающие необходимое снижение уровня адаптационного потенциала у крыс в токсикологических и репротоксикологических исследованиях. По завершении Проекта-2023 будут получены данные от 1190 крыс, обработаны более 170 показателей, проведено более 55 000 измерений.
На основании обработки всего массива данных будут разработаны методические подходы для расширения возможностей обнаружения потенциальных неблагоприятных эффектов пищевой продукции нового вида, полученной с использованием насекомых. Алиментарная модель снижения адаптационного потенциала лабораторных животных будет интегрирована в систему оценки безопасности такой продукции на этапе проведения исследований в рамках процедуры государственной регистрации.
Ожидаемые результаты
Поиск альтернативных источников пищи и обеспечение возможности их использования в питании населения, ключевым фактором которой является разработка системы их государственной регистрации, обусловливают необходимость формирования методологии оценки безопасности новых видов пищевой продукции, гарантирующей отсутствие недопустимого риска, связанного с вредным воздействием на человека и будущие поколения. Вопросы совершенствования научно-исследовательских и экспертных алгоритмов по реализации задач обеспечения пищевой безопасности представляют собой одно из приоритетных направлений в решении проблемы исследования потенциальных вредных факторов, поступающих с пищей.
В рамках реализации проекта будет разработан принципиально новый протокол оценки безопасности сырья, полученного из насекомых, базирующийся на применении комплексных медико-биологических исследований. Предложенный протокол предусматривает использование унифицированных экспериментальных моделей in vivo, предназначенных для многоцелевого применения в области комплексной оценки безопасности пищевой продукции нового вида, являясь актуальным и значимым фундаментальным достижением в области экспериментальной биологии, токсикологии и гигиены питания.
Таким образом, ожидаемые результаты выполнения проекта представляют собой существенную научную и общественную ценность, соответствуют мировому уровню исследований, вносят существенный вклад в решение задач Приоритетного направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации. Разработанный алгоритм будет интегрирован в действующую на территории Российской Федерации систему государственной регистрации пищевой продукции нового вида и создаст фундаментальный научный задел для обеспечения возможности использования такой продукции.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В рамках разработки модели снижения адаптационного потенциала лабораторных животных за счет модификации (снижения содержания) белкового компонента рациона, в 2023 году проведены два эксперимента in vivo, на основании которых были определены пороговые уровни содержания белка (с учетом степени риска развития патологии в разные периоды онтогенеза), обеспечивающие необходимое снижение уровня адаптационного потенциала у крыс в токсикологических исследованиях. Также начат 3-й эксперимент, исследования по которому будут завершены в начале 2024 года.
Задачами 1-го и 2-го экспериментов являлся выбор эффективной дозы белка в рационе и исходного возраста воздействия дефицитом белка. Исходный возраст крыс в 1-м эксперименте составлял 25-30 дней, во 2-м – 70-75 дней. На протяжении экспериментов крысы получали рационы, содержащие разные уровни белка (от 3 до 22% по калорийности) и модельный токсикант (гербицид глафосат в дозе 270-280 мг/кг массы тела) на фоне разной обеспеченности белком – контрольные и опытные группы, соответственно.
В третьем эксперименте на 5-ти группах животных, получающих разные уровни белка в рационе с 30-го (3 группы) и 70-го (2 группы) дней жизни, на основании анализа показателей, характеризующих генеративную функцию крыс родительского поколения, пре- и постнатальное развитие потомства, будут установлены уровни содержания белка в рационе и начальный возраст крыс для использования в репротоксикологических исследованиях.
Продолжительность 1-го эксперимента составляла 80 дней, отбор материала проводили на 103-106-й дни жизни крыс, в этом исследовании животные получали экспериментальные рационы и модельный токсикант на протяжении важнейшего периода онтогенеза, во время которого происходит интенсивный рост и половое созревание. Продолжительность 2-го эксперимента составляла 32 дня, отбор материала проводили на 100-105-й дни жизни крыс. В данном эксперименте животные получали соответствующие рационы и модельный токсикант полностью сформированными, после завершения полового созревания.
Набор исследуемых показателей был одинаковым в 1-м и 2-м экспериментах и включал измерение массы тела, постмортальную некропсию, гравиметрические, макро- и микроскопические морфологические исследования внутренних органов; морфологическую картину периферической крови; биохимические показатели крови и мочи; антиоксидантный статус и перекисное окисление липидов; функциональное состояние монооксигеназной системы печени.
В 1-м эксперименте общее состояние крыс, получавших рационы с 9-22%-ной обеспеченностью белком, было удовлетворительным. Динамика массы тела животных контрольных групп в целом соответствовала возрастной норме, в конце эксперимента масса тела крыс контрольной группы с 9%-ной обеспеченностью белком была на 12% ниже, чем в группе с 22%-ной обеспеченностью. Масса тела крыс опытных групп с 9-22%-ной обеспеченностью белком была ниже, чем у соответствующих контрольных групп (в конце эксперимента – на 13-19%). Общее состояние крыс, получавших рационы с 3-6%-ной обеспеченностью белком, было неудовлетворительным, отмечено снижение поедаемости корма. Динамика массы тела не соответствовала возрастной норме: начиная со 7-го дня эксперимента масса тела крыс контрольных и опытных групп была ниже, чем у крыс, получавших рационы с нормальной обеспеченностью белком. В конце эксперимента масса тела крыс контрольных групп, была на 51-84% ниже, чем в группе с оптимальной обеспеченностью, масса тела крыс опытных групп была на 16-36% ниже, чем у соответствующих контрольных групп. В группах с 3%-ной обеспеченностью белком наблюдалась склонность к конъюнктивитам и ринитам, к концу эксперимента смертность крыс в контрольной группе составляла 25%, в опытной 62,5%. При проведении постмортальной некропсии умерших крыс зафиксированы патологические изменения, характерные для кахексии: истощение висцеральной и подкожной жировой ткани, атрофия всех групп скелетных мышц, уменьшение размеров внутренних органов и др.
Из всех изученных показателей наиболее выраженные результаты были получены при анализе размеров структурных элементов печени: морфометрические исследования гепатоцитов животных контрольных групп выявили линейные изменения (снижение размеров структурных элементов клетки) в ряду сокращения содержания белка в рационах (22%→12%→9%→6%→3%). Так, в условиях 3%-ной обеспеченности белком диаметры клетки и ядра были, соответственно, на 18 и 10% ниже, чем у крыс с оптимальной обеспеченностью белком; в условиях 6%-ной обеспеченности – на 15 и 7% ниже; более высокие уровни обеспеченности вызывали снижение размеров гепатоцитов и их ядер не более чем на 3-8%. Следует отметить, что 3%-ная обеспеченность белком соответствует наихудшему сценарию, при котором уровень риска развития патологии у животных составлял более 50%, о чем свидетельствовала высокая смертность крыс в этой группе, то есть степень сокращения размеров гепатоцитов у крыс этой группы можно отнести к патологической, не совместимой с жизнью.
В опытных группах, получавших токсическую нагрузку глифосатом, размер структурных элементов печени был выше, чем у крыс соответствующих контрольных групп, причем наиболее выраженные изменения наблюдались у группы с 3%-ной обеспеченностью белком – размер гепатоцитов и ядер был выше на 9 и 10%, у групп с 6-, 9, и 12%-ной обеспеченностью – выше на 7 и 2%, 3 и 2%, 3 и 1%, соответственно.
На основании анализа данных, полученных в 1-м эксперименте, была предварительно определена эффективная доза белка в рационе, составляющая не менее 9% по калорийности, для воздействия дефицитом белка на растущих крыс (исходный возраст 25-30 дней).
Во 2-м эксперименте общее состояние крыс контрольных и опытных групп, получавших рационы с 3-22%-ной обеспеченностью белком, было удовлетворительным, динамика массы тела животных контрольных групп в целом соответствовала возрастной норме (в группе с 3%-ной обеспеченностью была ниже нормы), масса тела крыс опытных групп была ниже, чем у соответствующих контрольных групп. Результаты гравиметрических, гематологических, биохимических исследований в целом были схожи с данными, полученными в 1-м эксперименте, различия отмечались лишь в менее выраженной амплитуде отклонений от центральной тенденции у крыс контрольных групп, получавших рационы с 6 и 3%-ной обеспеченностью белком, а также в более выраженной защитной реакции организма у крыс опытной группы, получавшей рацион с 3%-ной обеспеченностью белком (по всем показателям отличия от соответствующего контроля составляли до 227%, тогда как в 1-м эксперименте разница между аналогичными группами составляла не более 63%).
На основании анализа данных, полученных во 2-м эксперименте, была предварительно определена эффективная доза белка в рационе, составляющая не менее 6% по калорийности, для воздействия дефицитом белка на половозрелых крыс (исходный возраст 60-70 дней).
Результаты 1-го и 2-го экспериментов позволили обосновать две дозы содержания белка в рационе, наиболее отвечающие параметрам репротоксикологических исследований (3-й эксперимент), в рамках которых будут определены эффективная доза белка в рационе и исходный возраст воздействия дефицитом белка для репротоксикологических исследований. Согласно уточненным данным, на первом этапе 3-го эксперимента животные, содержащиеся в группах с пониженными уровнями белка, получают рационы с 12 и 9%-ным содержанием белка (исходный возраст воздействия – 30 дней), или рационы с 9 и 6%-ным содержанием белка (исходный возраст воздействия – 70-75 дней).
Таким образом, достигнута основная цель данного этапа работы по проекту, а именно, подтверждена возможность моделирования дополнительной нагрузки, снижающей адаптационный потенциал организма лабораторных животных за счет модификации белкового компонента рациона. Результаты, полученные в 1-м и 2-м экспериментах являются доказательством эффективности данной модели, способствующей проявлению компенсированных скрытых патологических процессов, что позволит рекомендовать ее использование в субхронических токсикологических исследованиях малотоксичных объектов.
Публикации
1. Никитин Н.С., Тышко Н.В. Морфологические особенности печени крыс в условиях разной обеспеченности витаминами и минеральными веществами Научно-практический журнал «Вопросы питания», Вопросы питания. 2023. Т. 92, № 5. С. 70-79. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-5-70-79 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-5-70-79
2. Требух М.Д., Тышко Н.В., Садыкова Э.О., Никитин Н.С., Гмошинский И.В. Изучение влияния биомассы личинок черной львинки (Hermetia illucens) на иммунный статус крыс Научно-практический журнал «Вопросы питания», - (год публикации - 2024)
3. Тышко Н.В., Тимошенко К.А. Анализ микробиологического и паразитарного риска пищевой продукции нового вида, полученной из насекомых Научно-практический журнал «Вопросы питания», - (год публикации - 2024)
4. Пашорина В.А., Никитин Н.С., Тышко Н.В. Формирование референсных значений массы внутренних органов крыс, получавших рационы с последовательно снижавшимся содержанием белка Научно-практический журнал «Вопросы питания», Нутрициология и диетология для здоровьесбережения населения России: материалы XVIII всеросс. конгресса нутрициологов и диетологов с междунар. участием – Вопросы питания. – 2023. – Т. 92. – № 5 (549) – С. 71-72. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-5s-066
5. Требух М.Д. Иммунный статус крыс линии Вистар в исследованиях пищевой продукции нового вида: подходы к анализу данных Научно-практический журнал «Вопросы питания», Нутрициология и диетология для здоровьесбережения населения России: материалы XVIII всеросс. конгресса нутрициологов и диетологов с междунар. участием – Вопросы питания. – 2023. – Т. 92. – № 5 (549) – С. 48. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-5s-034
6. Тышко Н.В., Станкевич А.А., Котова Д.С. Разработка модели алиментарного снижения адаптационного потенциала, основанной на сокращении содержания белка в рационе крыс Научно-практический журнал «Вопросы питания», Нутрициология и диетология для здоровьесбережения населения России: материалы XVIII всеросс. конгресса нутрициологов и диетологов с междунар. участием – Вопросы питания. – 2023. – Т. 92. – № 5 (549) – С. 51 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-5s-038
7. Шестакова С.И. Разработка модели снижения адаптационного потенциала, основанной на дефиците белка в рационе: результаты биохимических исследований сыворотки крови Научно-практический журнал «Вопросы питания», Нутрициология и диетология для здоровьесбережения населения России: материалы XVIII всеросс. конгресса нутрициологов и диетологов с междунар. участием – Вопросы питания. – 2023. – Т. 92. – № 5 (549) – С. 52-53. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-5s-040