Разработка методологии оценки безопасности инновационной пищевой продукции, полученной на основе микробного синтеза

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 проекта 20-76-10014

НазваниеРазработка методологии оценки безопасности инновационной пищевой продукции, полученной на основе микробного синтеза

Руководитель Шумакова Антонина Александровна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи , г Москва

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-303 - Новые источники пищи

Ключевые слова Новые пищевые продукты, нетрадиционные источники продовольственного сырья, альтернативные источники белка, денуклеинизированная микробная биомасса как источник продовольственного сырья, облигатно метанотрофный грамотрицательный кокк (Methylococcus capsulatus), подходы к оценке безопасности пищевой продукции нового вида, продовольственная безопасность, методология оценки безопасности

Код ГРНТИ65.09.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Хронический дефицит полноценного белка – важнейшая из проблем современного человечества. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций и Всемирной организации здравоохранения, на рубеже XX-XXI веков дефицит пищевого белка в мире составлял не менее 20 млн т/год, кормового около 40–45 млн т/год. Согласно рекомендациям по рациональным нормам потребления пищевых продуктов, для оптимальной реализации физиолого-биохимических процессов в организме человека, объёмы потребления мяса и мясопродуктов должны составлять 70-75 кг/год/чел.; молока и молочных продуктов в пересчете на молоко – 320-340 кг/год/чел.; яиц – 260 шт./год/чел.; рыбы и рыбопродуктов – 18-22 кг/год/чел. К 2050 году ФАО/ ВОЗ прогнозирует увеличение потребления мяса и мясных продуктов в развивающихся странах с 30 до 44 кг на душу населения, а в мире общее потребление должно увеличиться с 41 до 50 кг на душу населения. Растущий спрос требует, чтобы производство мяса в глобальном масштабе было увеличено на 200 миллионов тонн. Решение проблемы увеличения производства пищевых продуктов старыми методами уже невозможно ввиду ряда экологических, экономических и социальных проблем. Несмотря на то, что за последние 40 лет производство сельскохозяйственной продукции выросло более чем в 2 раза (за счет селекции и усовершенствования агрономических подходов), дальнейший его рост представляется маловероятным. Таким образом, в свете новых глобальных вызовов, создающих непропорциональное бремя для экосферы Земли, назрела необходимость последовательной переориентации традиционного сельского хозяйства в соответствии с принципами устойчивого развития, позволяющими свести к минимуму воздействие на окружающую среду. В последние годы во всем мире возрос интерес к использованию альтернативных источников белка, в частности, белка микроорганизмов. Основными продуцентами такого белка служат дрожжи, бактерии, одноклеточные водоросли, низшие и высшие грибы. Если для удвоения белковой массы крупным рогатым скотом требуется 5 лет, для свиней – 4 мес., для цыплят – 1 мес., то для бактерий и дрожжей – 1-6 часов. При этом микроорганизмы отличаются высоким (от 40 до 80% сухой массы) содержанием белка, сбалансированного по аминокислотному составу, а также содержат углеводы, липиды, витамины, макро- и микроэлементы. Для сравнения, содержание белка в говядине составляет 19-26%, тилапии – 16-19%, креветках – 13-27%. Кроме того, по сравнению с традиционными сельскохозяйственными животными микроорганизмы потребляют намного меньше ресурсов: для производства 1 кг съедобного белка из микроорганизмов требуется в 500 раз меньше воды, в 100 раз меньше земли, чем для выращивания 1 кг говяжьего белка, также микроорганизмы выделяют значительно меньше парниковых газов, чем большинство животных. Поскольку пищевая продукция, полученная на основе микробного синтеза, относится к пищевой продукции нового вида, ранее не употреблявшейся человеком в пищу, обеспечение безопасности такой продукции регулируется на государственном уровне и является важнейшим условием ее использования. В соответствии с ТР ТС 021/2011 "О безопасности пищевой продукции", безопасность пищевой продукции определяется как "...состояние пищевой продукции, свидетельствующее об отсутствии недопустимого риска, связанного с вредным воздействием на человека и будущие поколения...", поэтому поиск путей совершенствования методов оценки безопасности продукции нового вида должен быть сконцентрирован на подходах, позволяющих исследовать влияние на будущие поколения. Разработка новых методических подходов для выявления возможных неблагоприятных эффектов пищевой продукции нового вида, к которой относятся продукты микробного синтеза, позволит создать фундаментальный научный задел для обеспечения возможности использования этой продукции, а также создаст предпосылки для внедрения системы оценки безопасности при государственной регистрации такой продукции на территории Российской Федерации и Евразийского экономического союза (ЕАЭС). Целью проекта является разработка оригинального алгоритма оценки безопасности инновационного продовольственного сырья нового вида, полученного на основе микробного синтеза, для чего будут проведены комплексные исследования пищевой ценности и безопасности в экспериментах in vitro и in vivo. Материалом для исследований будет служить белковый концентрат (БК), полученный из денуклеинизированной (содержит не более 1,5% нуклеиновых кислот) биомассы метанотрофных бактерий Methylococcus capsulatus, производства ООО «ГИПРОБИОСИНТЕЗ» (договор о сотрудничестве представлен в п. 4.13). БК, представляющий собой мелкодисперсный порошок светло-коричневого или бежевого цвета, рассматривается как весьма перспективный источник пищевого белка (содержание белка не менее 70%) и жира (содержание жира около 12%). Реализация проекта предполагает последовательное выполнение двух этапов, каждый из которых включает детальное изучение исследуемого продукта. Следует отметить, что результаты первого этапа являются основополагающими и необходимыми для выполнения последующего этапа. Данные о пищевой ценности нового продукта, полученные на первом этапе, будут использованы для сравнения показателей пищевой и биологической ценности БК с основными пищевыми продуктами животного и растительного происхождения и лягут в основу обоснования целесообразности их включения в рацион человека. Также будет сформирован расширенный перечень показателей безопасности, характеризующих БК. Поскольку действующие в настоящее время технические регламенты ЕАЭС не содержат требований к пищевой продукции и продовольственному сырью, полученному на основе микробного синтеза, формирование такого перечня является актуальной задачей. На втором этапе запланировано проведение комплексных токсикологических, репротоксических, аллергологических исследований БК in vivo, а также изучение биологической ценности и усвояемости белка на 3-х поколениях крыс линии Вистар, которые на протяжении всего периода онтогенетического развития будут получать исследуемый продукт. Все экспериментальные животные будут разделены на 2 группы – контрольную, получающую стандартный полусинтетический казеиновый рацион, и опытную, получающую рацион с содержанием БК. Общая продолжительность второго этапа составит около 2-х лет; всего в эксперименте будет использовано не менее 658 взрослых крыс, 1800 крысят и 420 плодов. Общая схема эксперимента представлена в п. 4.14. Центральным звеном эксперимента in vivo будет являться изучение репродуктивной функции, пре- и постнатального развития потомства 3-х поколений крыс. Также будут выполнены исследования, характеризующие генеративную и эндокринную функции гонад крыс родительских поколений. В рамках токсикологических исследований будут изучены гематологические, биохимические, морфологические показатели, антиоксидантный статус и интенсивность процессов апоптоза. Аллергологические исследования будут проведены на модели индуцированного анафилактического шока во время которых будет определена тяжесть протекания системной анафилаксии, количество циркулирующих сенсибилизирующих антител, а также содержание отдельных цитокинов в сыворотке крови. Биологическая ценность и усвояемость белка БК будет изучена на животных, получающих рацион с 10%-ным содержанием белка, в рамках эксперимента будут изучены потребление белка, истинная усвояемость белка, истинная биологическая ценность белка, коэффициент истинной чистой утилизации белка или азота. На одном из поколений (F1) параллельно с основным экспериментом будет воспроизведена модель снижения адаптационного потенциала, разработанная на базе ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии". Принцип использования данной модели основан на снижении дозы некоторых витаминов и минеральных веществ, участвующих в формировании адаптационного потенциала организма крыс, что обеспечивает повышение чувствительности животных к воздействию негативных факторов. Для этого самцы и самки крыс F1 будут получать рацион с 19%-ным содержанием витаминов группы В, солей железа и магния, опытная группа – рацион с включением БК на фоне 19%-ной обеспеченности эссенциальными веществами. На основе обработки всего массива данных 2-го этапа будет сделан вывод о безопасности БК, а также определен оптимальный протокол исследований новой продукции, полученной на основе микробного синтеза, в экспериментах in vivo (дизайн экспериментов, набор показателей, количество поколений и т.п.). По завершении всего комплекса исследований будет сформирован отчет для представления в Роспотребнадзор в рамках обсуждения процедуры государственной регистрации нового продовольственного сырья, полученного на основе микробного синтеза, в Российской Федерации. Кроме того, помимо достижения утилитарной задачи оценки безопасности отдельного нового продукта, будет реализована намного более значимая задача формирования оригинального алгоритма оценки безопасности инновационного продовольственного сырья нового вида, полученного на основе микробного синтеза На основании экспертного анализа полученных данных будет сформирован проект методических указаний "Медико-биологическая оценка продовольственного сырья, полученного на основе микробного синтеза", которые будут представлены на утверждение в установленном порядке.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шумакова А.А., Шестакова С.И., Садыкова Э.О., Тышко Н.В. Белковый концентрат Methylococcus capsulatus: пищевая и биологическая ценность Вопросы питания (год публикации - 2021)

2. Шумакова А.А., Шестакова С.И., Тышко Н.В. Features of the safety assessment of novel food sources derived with microbial synthesis: design of experimental diets FEBS Open Bio, Volume 11, Issue S1, Р-04.3-06. (год публикации - 2021)
10.1002/2211-5463.13205

3. Тышко Н.В., Шестакова С.И., Шумакова А.А., Никитин Н.С. Assessment of the reproductive toxicity of Methylococcus capsulatus methanotrophic bacteria in an in vivo experiment Toxicology Letters, Vol. 350, Supplement, P. S170. (год публикации - 2021)
10.1016/S0378-4274(21)00642-1

4. Шумакова А.А., Тутельян В.А., Садыкова Э.О., Тышко Н.В., Шестакова С.И., Требух М.Д. Food use of microbial synthesis products: application experience, prospects Toxicology Letters, Vol. 350, Supplement, P. S219-S220 (год публикации - 2021)
10.1016/S0378-4274(21)00750-5

5. Садыкова Э.О., Никитин Н.С., Требух М.Д. ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ЛИПИДНОГО КОМПОНЕНТА БЕЛКОВОГО КОНЦЕНТРАТА НА ОСНОВЕ METHYLOCOCCUS CAPSULATUS ГСБ-15 Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». Москва, 31 октября- 1 ноября 2022 г. С. 184-185 (год публикации - 2022)
10.37747/2312-640X-2022-20-184-185

6. Тышко Н.В., Шестакова С.И., Шумакова А.А БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ БЕЛКОВОГО КОНЦЕНТРАТА НА ОСНОВЕ METHYLOCOCCUS CAPSULATUS ГСБ-15 Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». Москва, 31 октября- 1 ноября 2022 г. С. 199-201 (год публикации - 2022)
10.37747/2312-640X-2022-20-199-201

7. Шестакова С.И., Садыкова Э.О., Станкевич А.А., Шумакова А.А. РАЗРАБОТКА ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ НОВОГО ВИДА, ПОЛУЧЕННОЙ С ПОМОЩЬЮ МИКРОБНОГО СИНТЕЗА: ОСОБЕННОСТИ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». Москва, 31 октября- 1 ноября 2022 г. С. 206-207 (год публикации - 2022)
10.37747/2312-640X-2022-20-206-207

8. Шумакова А.А., Садыкова Э.О., Шестакова С.И., Требух М.Д АЛЛЕРГОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕНУКЛЕИНИЗИРОВАННОЙ БИОМАССЫ МЕТАНОТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ METHYLOCOCCUS CAPSULATUS Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития». Москва, 31 октября- 1 ноября 2022 г. С. 208-209 (год публикации - 2022)
10.37747/2312-640X-2022-20-208-209

9. Шестакова С.И. АКТИВНОСТЬ АПОПТОЗА ПРИ ОЦЕНКЕ БЕЗОПАСНОСТИ НОВЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ МИКРОБНОГО СИНТЕЗА Материалы V Школы молодых ученых «Основы здорового питания и пути профилактики алиментарно-зависимых заболеваний» с международным участием, Материалы V Школы молодых ученых «Основы здорового питания и пути профилактики алиментарно-зависимых заболеваний» с международным участием. С. 113-114. (год публикации - 2022)

10. Шестакова С.И., Никитин Н.С., Тышко Н.В. Toxicological examination of a novel food protein, derived from Methylococcus capsulatus biomass Toxicology Letters (год публикации - 2023)

11. Шестакова С.И., Тышко Н.В. GENOTOXICOLOGICAL STUDIES OF MICROBIAL SYNTHESIS FOOD: ALKALINE COMET ASSAY FEBS Open Bio (год публикации - 2023)

12. Садыкова Э.О., Требух М.Д., Никитин Н.С., Шестакова С.И., Шумакова А.А., Макаренко М.А., Тышко Н.В. Альтернативные источники пищевого белка: концентрат из бактерий Methylococcus capsulatus, характеристика состава и биологическая ценность Вопросы питания, Том 92, №3, с. 6-15. (год публикации - 2023)

Публикации

11. Шестакова С.И., Тышко Н.В. GENOTOXICOLOGICAL STUDIES OF MICROBIAL SYNTHESIS FOOD: ALKALINE COMET ASSAY FEBS Open Bio (год публикации - 2023)

Публикации

11. Шестакова С.И., Тышко Н.В. GENOTOXICOLOGICAL STUDIES OF MICROBIAL SYNTHESIS FOOD: ALKALINE COMET ASSAY FEBS Open Bio (год публикации - 2023)