Het gebruik van ggo s in de voedingsbiotechnologie

Het gebruik van ggo‟s in de voedingsbiotechnologie Dr. Ir. Bart Van Droogenbroeck

Flanders Food Technology Day,6 November 2008 ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

Inhoud van de presentatie 1. 2. 3. 4. 5.

Inleiding Voor- en nadelen Relevante wetgeving State-of-the-art Voorbeelden gebruik GGMs in voedingsindustrie ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

2

Wat is een GGO‟s ? „Een genetisch gewijzigd organisme is een organisme waarvan het genetisch materiaal is gewijzigd op een manier die niet voorkomt in de natuur, door natuurlijke kruising en/of natuurlijke recombinatie‟ (EU Directive 2001/18/EC) WEL:  Interspecifieke gentransfer  Intraspecifieke genmanipulatie  Meerdere genen

NIET:  Mutagenese  Kruisingen tussen niet verwante species  Cel of protoplast fusie  Polyploïdie inductie

ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

3

Voor- en nadelen GGO-technologie Voordelen – Opheffen van natuurlijke barrières voor DNA-overdracht – Maakt gerichte ontwikkeling van nieuwe bacteriële stammen, processen… mogelijk  Nieuwe of verbeterde voedingsproducten met een hogere toegevoegde waarde (voedingswaarde, gezondheidsaspecten…) – Goedkopere, veiligere productie van bestaand product

Nadelen – Langdurig ontwikkelingsproces, veel basiskennis vereist – Complexe regelgeving en autorisatie procedure – Negatieve publieke opinie GGO‟s ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

4

Wetgeving GGMs Onderscheid i.f.v. beoogde activiteit 1. Ingeperkt gebruik GGO‟s • Onderzoek (laboratoria, serres, animalaria, R&D units…)  EU Directive 98/81/CE  Omgezet in Besluit Vlaamse regering 6 februari 2004 • Toelating na indienen bioveiligheidsdossier (Technisch+publiek) Organismen opgedeeld in 4 risico-klassen 1 = niet-pathogeen, 2 = ziekte + verspreiding onwaarschijnlijk, behandeling 3 = ernstige ziekte + risico verspreiding, behandeling 4 = ernstige ziekte + verhoogd risico, geen behandeling


5

Wetgeving GGMs Onderscheid i.f.v. beoogde activiteit 2. Doelbewuste introductie van GGO‟s in het leefmilieu  EU Directive 2001/18/EC Deel B: onderzoek en ontwikkeling Deel C: in de handel brengen binnen de EU  KB 21/02/2005 Horizontale wetgeving, van toepassing op alle soorten GGO's (microorganismen, planten en dieren) en al hun gebruiken. GGO's voor specifieke doeleinden (voeding, medicinale producten, enz.) worden bovendien door verticale wetgevingen geregeld.


6

Wetgeving GGMs 3. In handel brengen transgene planten en GM levensmiddelen en diervoeders binnen de EU GM voedsel/voeder: EC 1829/2003 Alle voedsel/voederproducten die bestaan uit GGO‟s, GGO‟s bevatten of geproduceerd zijn met behulp van GGO‟s,

Etikettering/Traceerbaarheid: EC 1830/2003 Etikettering van alle GGO producten – ook voor producten waarin geen DNA of eiwit meer kan worden gedetecteerd (0.9% drempel geautoriseerde GGO‟s) Informeren gebruiker/consument - keuzevrijheid Traceerbaarheid doorheen productieketen via unieke code


7

Applying company

EU 1829/2003

2. validated method and controle samples

1. application dossier including summary

MS-CA Authority opinion may ask the applicant further questions, supplements,...

(within 6 months)

EFSA request to a 2001/18-CA to carry out an ERA in case of seeds or other propagating material

summary

+ evaluation of method

application

application

validated method + samples

... public may comment within 30 days after publication of authority opinion

CA MS1

CA MS1

CA MSn

EC

CRL

may give their opinion to EFSA within 3 months draft decision

Step 1-Reception of samples and methods Step 2-Scientific evaluation of documentation and data

Committee (*)

Step 3-Experimental testing of samples and method Step 4-Collaborative study

final decision: authorization under 1829/2003/EC


Completion-Writing full validation report

8

Evaluatie Bioveiligeid Elk nieuw event of GGO product: Componenten betrokken in productie GGO? Resultaat modificatie? Potentiële allergeneniciteit/toxiciteit? Voedingswaarde/samenstelling? Impact op milieu? Post-market monitoring

EFSA Guidance document – 17 mei 2006 Document ter ondersteuning van de voorbereiding en presentatie van dossier om GGMs en afgeleide producten voor voeding/voeder op de markt te brengen in overeenstemming met Regulation (EC) 1829/2003

http://www.efsa.europa.eu ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

9

Betrokken partijen bio-veiligheid Authorization of dossiers

Analytical control & monitoring

FAVV

NRL Member states : e.g. Belgium European level

Accreditation body


10

Geautoriseerde GGO micro-organismen Voedsel: enkel GM planten (soja, maïs, koolzaad,soja, suikerbiet), nog geen GMMs Voeder: 2 GMMs geautoriseerd Geautoriseerd: • PL73 Brevibacterium - afgedode, gedroogde bacteriële biomassa, afkomstig van GG micro-organismen gebruikt voor de aanmaak van aminozuren die vermarkt worden als “nutritional feed additive” Bedrijf: Ajinomoto Eurolysine SAS • Novo Yeast Cream Saccharomyces cerevisiae – afgedode gist biomassa afkomstig van GG gisten gebruikt voor insuline productie , vermarkt als diervoeder Bedrijf: Novo Nordisk A/S Onder evaluatie: • PT73 E. coli (LM) , PL73 (LM) dried killed biomass, PL73 E. coli (LYS), Bedrijf: Ajinomoto Eurolysine SAS ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

11

+ Wetgeving voeding… Verordening EG 178/2002 - Algemene Levensmiddelen Verordening - Voedselveiligheid vergroten. - herkomst van producten en de ingrediënten kunnen weergeven 1. Oprichting European Food Safety Authority (EFSA) 2. De gelijkschakeling controle veevoer met controle voedsel. 3. Traceerbaarheid levensmiddelen EU Framework Directive 89/107/EEC – Voedseladditieven Directive 94/35/EC - zoetstoffen Directive 94/36/EC - kleurstoffen Directive 95/2/EC – andere additieven ….


12

+ Wetgeving voeding- & gezondheidsclaims… EU verordening 1924/2006 voedings- en gezondheidsclaims -regelen en harmoniseren gebruik van voedings- en gezondheidsclaims EU -bescherming van de consument

To do: Definitie voedingsprofielen? (tegen 19 januari 2009) Lijst algemeen aanvaarde gezondheidsclaims (tegen 31 januari 2010)


13

State-of-the-art (1) Golf van innovatie voortvloeiend uit „omics‟-technologiëen - „high-throughput‟ analyses op verschillende niveaus - holistische benadering Comparative genomics – shotgun sequencing Bvb. 706 complete bacteriële genomen (NCBI)

Transcriptomics – DNA-chip, micro-array… Bvb. L. lactis., L. plantarum, B. cereus transcriptoom

Proteomics – 2D-PAGE, MS ID, ICMS… Scheiding 10.000 eiwitten in 1 gel

Interactomics – Affinity tag MS/MS… Isolatie& analyse functionele eiwitcomplexen

Metabolomics – LC-MS, GC-MS… Bvb. Metaboliet fluxen in S. cerevisiae


14

State-of-the-art (2)

- „Omics‟ revolutie resulteert in lawine aan gegevens  bio-informatica van groot belang voor integratie data identificatie; analyse; data- en kennisbeheer, - Toekomst: ‘in silico’ onderzoek ?

Resultaat:

 sterk gekarakteriseerde en gemodelleerde biochemische pathways  gericht ingrijpen in pathways mogelijk bvb. ontwikkelen van GGO‟s via metabolic engineering ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

15

Micro-organismen in de voedselproductie Belangrijke rol micro-organismen: - Gefermenteerde voedingsproducten (brood, bier, wijn, cider, azijn, yoghurt, kaas, salami, olijven, pickles, …..)

- Productie van voedingsadditieven, enzymes, … Bijdrage biotechnologie Voor fermentatie: - Starterculturen met verhoogd anti-microbieel effect - Faagresistente stammen -… Voor productie van waardevolle moleculen: - Stammen met efficiëntere, verhoogde productie van enzymen, aminozuren, smaakstoffen, vitamines etc. - Stammen die nieuwe voedinsadditieven kunnen aanmaken - … ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

16

Gebruik GGMs in voedingsproductie Voorbeeld 1- Enzyme: Chymosine • gebruikt bij het stremmen van melk tot kaas • traditioneel uit lebmaag van kalveren Alternatief: • isolatie chymosine coderend DNA • transformatie Kluyveromyces lactis = GGM • optimalisatie productie & secretie van het recombinante enzyme door de gist  GGM geproduceerd chymosine wordt bovendien als vegetarisch & kosjer beschouwd itt tot het originele enzyme


17

Gebruik GGMs in voedingsproductie Voorbeeld 2 – Ingrediënt- nutraceutical: Sorbitol = polyol, laag-calorische suiker • van nature in vruchten (bessen, kersen, appels…) • productie van 500.000 ton/jaar • vervanger sucrose/lactose in snoep, kauwgum, desserten, roomijs en diabetische voeding, • beter oplosbaar; stabilisator • in vivo anti-carcinogeen effect

Is ontwikkeling zuivelproducten verrijkt aan sorbitol mogelijk?  Ja, via Metabolic engineering = GGO toepassing


18

Voorbeeld 2 – Ingrediënt- nutraceutical: Sorbitol Metabolic engineering van sorbitol productie in L. plantarum - strategie Stap 1. Stam deficiënt in lactaat dehydrogenases  mannitol productie vastgesteld Stap 2. - Identificatie van twee sorbitol-6P dehydrogenases (Stl6PDH) in L. plantarum genoom - Cloneren van Stl6PDH CDS na sterke endogene constitutieve promoter - Transformatie in L. plantarum  constitutieve overexpressie van Stl6PDH Ladero et al. 2007, AEM - Nutracells project ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

19

Voorbeeld 2 – Ingrediënt- nutraceutical: Sorbitol Metabolic engineering van sorbitol productie in L. plantarum – resultaten

Ladero et al. 2007, AEM - Nutracells project

Hoge productie van sorbitol mogelijk gemaakt via Metabolic engineering - 65 % van glucose naar sorbitol productie geleid - hoofdzakelijk polyol sorbitol aangemaakt (87% van totale polyolen) Merk op : Geen heterologe expressie: transformatie vector opgebouwd met uitsluitend endogene sequenties Verdere opdrijven van sorbitol productie wel nog nodig voor in situ productie in gefermenteerde voedingsproducten ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

20

Gebruik GGMs in voedingsproductie Voorbeeld 3 – Metabolic engineering suikermetabolisme Vraagstelling: - Kan suikermetabolisme van L. lactis gewijzigd worden zodat: - in situ glucose wordt geproduceerd tijdens fermentatie van zuivelproducten?  aanmaak van natuurlijk zoetstof  geen nood meer om zoetstoffen als additief toe te voegen

- lactose wordt gemetaboliseerd ?

 maken van producten geschikt voor gebruik door personen met lactose intolerantie


21

Gebruik GGMs in voedingsproductie Voorbeeld 3 – Metabolic engineering suikermetabolisme Strategie Stap 1. Blokkeren glucose metabolisme Deletie glucokinase gen (glk) & mannose-glucose PTS (ptnABCD)  nog steeds groei mogelijk op glucose  nog ander glucose PTS functioneel Stap 2. Transcriptoom analyse  identificatie ptcBA Deletie ptcBA  glucose metabolisme geblokkeerd Stap 3. Toevoegen van enzymen voor lactose en tagatose pathway  transformatie met pMG820 = GGO Pool et al. 2006 Met Eng ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

22

Gebruik GGMs in voedingsproductie Voorbeeld 3 – Metabolic engineering suikermetabolisme Resultaten

Pool et al. 2006 Met Eng

In situ productie van glucose uit lactose is mogelijk tijdens fermentatie zuivelproducten - Lagere, tragere verzuring kan leiden tot milder smakende kazen, botermelk - NZ9000Glc-Lac+ stam bruikbaar als nutraceutical voor mensen met lactose intolerantie


23

Gebruik GGMs in voedingsproductie Voorbeeld 4 – Productie van een vitamine Folaat (vitB11) -

Essentieel nutriënt in humaan dieet Cofactor in vele metabolische reacties o.a. biosynthese DNA, RNA, nt Beschermend effect tegen cardiovasculaire ziekten, kankers… Zwangere vrouwen: verhoogde dosis om fouten in zenuwontwikkeling (o.a. open rug) bij foetus te voorkomen (400 µg GDI ipv 200 µg GDI)


24

Voorbeeld 4 – Productie van een vitamine Extracellulaire folaat productie 10 x hoger

folKE overexpressie

Lege vector

GGO = Hoog-folaat producerende L. lactis stammen als startercultuur  yoghurt met verhoogd folaat gehalte  Hogere bijdrage van yoghurt aan folaat GDI NIZO Food research – Sybesma et al. 2003 ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

25

Voorbeeld 4 – Productie van vitamines Multivitamin productie vit B11 + vit B12 Lactobacillus reuteri - produceert van nature Vit B12 in situ tijdens fermentatie van plantaardige producten - Optimalisatie ratio vitB11/vitB12 ifv humane consumptie via metabolic engineering (veel lager dan gewenste 170:1 ratio)

Strategie Transformatie van L. reuteri met plasmide waarop volledige folaat biosynthese gencluster ligt  overexpressie genen = hoge folaat productie?


26

Voorbeeld 4 – Productie van vitamines Multivitamin productie vit B11 + vit B12 Resultaten - simultane productie vit B11 + vit B12 in aangepaste verhouding - hogere vit B11 gehaltes

Kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe gefermenteerde voedingsprodcuten op basis van beperkt houdbare groenten en vruchten Verlengde houdbaarheid + verhoogde voedingswaarde ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

27

Gebruik GGO planten in voedingsproductie GGO technologie in planten – Productie voedingssuplement

Cobento, een Deens bedrijf produceert „human intrinsic factor „in Arabidopsis bladeren voor de behandeling van VitB12 gebrek – klinische trial fase lI (http://www.cobento.dk)


Conclusies • „Omics‟ revolutie opent vele nieuwe mogelijkheden • Bio-informatica, data- en kennisbeheer van groot belang  Uitdaging = integratie van nieuwe technologieën in fundamenteel onderzoek om producten te ontwikkelen die beantwoorden aan vraag van consument (smaak, gezondheid, gebruiksgemak…)  Synergie door samenwerking tussen fundamentele, toegepaste, klinische & industriële onderzoeksorganisaties • Complexe wetgeving – kan alleen maar werken op basis van wetenschappelijke argumenten, niet op basis van emotionele • Voeding met betere smaak, verhoogd gezondheidseffect… is voor consument aanvaardbare biotech toepassing • Kan verder bijdragen aan positieve opiniewijziging ten opzichte van GGOs aan de gang in Europa ILVO – Technologie & Voeding http://www.ilvo.vlaanderen.be

29

Dank u voor uw aandacht Vragen? Contact details Dr. Ir. Bart Van Droogenbroeck [email protected] Instituut voor Landbouw en Visserij-onderzoek (ILVO) Onderzoeksinstelling van de Vlaamse Overheid – Departement Lanbouw en Visserij Eenheid Technologie en Voeding (T&V) Onderzoeksdomein Productkwaliteit en -innovatie Burg. Van Gansberghelaan 115 bus 2 9820 Merelbeke, BELGIUM tel. +32(0)9 272 28 39 fax. +32(0)9 272 28 01 http://www.ilvo.vlaanderen.be


30

Het gebruik van ggo s in de voedingsbiotechnologie

Recommend Documents