Текст книги "Состав: Как нас обманывают производители продуктов питания"

ДНК: идеальный метод анализа?

Может быть, геномика поможет разрешить загадку мануки? Для выявления пищевого мошенничества можно использовать уникальный генетический код любого вида, представляющий собой своего рода генетический, а не химический отпечаток. С аналитической точки зрения главное различие между химическим составом сахара и последовательностью извлеченной из него ДНК заключается в том, что ДНК содержит значительно больше информации. Если вернуться к аналогии с паролем, она является самым надежным паролем именно в силу своей специфичности.

Лаборатории всего мира каждый день секвенируют интересные им участки ДНК и даже целые геномы различных видов. И хотя это помогает ответить на конкретные вопросы, отсутствие стандартов в данной области отнюдь не способствует формированию общей базы данных, которую можно было бы использовать для идентификации видов животных и растений, включая и те, которые мы употребляем в пищу. В 2003 г. группа ученых из Гуэлфского университета в Канаде, работающая под руководством Пола Хеберта, предложила разработать специальные ДНК-штрихкоды, которые позволили бы быстро идентифицировать любой продукт органического происхождения. Подобно другим стандартам штрихового кодирования, таким как универсальный код товара (UPC) или европейский номер товара (EAN), используемым для идентификации розничных товаров, последовательность ДНК можно применять для определения видов – только вместо серии цифр он содержит серию нуклеиновых кислот. Этот метод определения принадлежности видов так же важен для биологии, как периодическая таблица элементов – для химии. Однако, в отличие от химических элементов, биологические виды вымирают быстрее, чем их успевают определять, к тому же на земле их миллионы! Хеберт и его команда предложили использовать штриховое кодирование как быстрый и простой метод, способный удовлетворить насущную потребность в идентификации живых организмов.

Код UPC в своем самом распространенном варианте содержит 12 цифр, для каждой из которых имеется 10 возможных значений (от 0 до 9). Это дает 1 трлн (10¹²) потенциальных комбинаций. В ДНК четыре основные составляющие: нуклеотиды аденин (A), гуанин (G), тимин (T) и цитозин (C). Ген, состоящий из 500 нуклеотидов, теоретически обеспечивает 4⁵⁰⁰ возможных вариантов штрихкода – более чем достаточно, чтобы каждому из всех живущих на земле видов досталось по одному.

Но какой же сегмент ДНК лучше всего подходит для создания штрихкода? Этот сегмент должен быть как можно более универсальным для различных таксономических групп и достаточно коротким, чтобы не доставлять неудобств в применении. Кроме того, он должен быть легко распознаваем, а начало и конец кода должны содержать отдельные гены, которые не слишком отличаются от вида к виду. Эти легко опознаваемые гены будут служить своего рода «закладкой» при обработке образца. При этом сам участок ДНК должен быть достаточно уникальным, чтобы по нему можно было определить видовую принадлежность, но не настолько уникальным, чтобы разные образцы, принадлежащие к одному виду, давали разный результат. Здесь как в сказке «Три медведя»: скорость мутации должна быть не слишком высокой и не слишком низкой, а как раз впору. Для решаемой нами задачи важно знать, что участки ДНК растений, которые можно использовать для создания штрихкода, содержат два хлоропластных гена, известные как matK и rbcL.

В простом случае из образца извлекается ДНК, которая затем подвергается обработке с целью увеличения концентрации интересующего нас гена. Этот метод носит название полимеразной цепной реакции (ПЦР). После этого образец помещают в ДНК-секвенсор, который выдает последовательность A, G, C и Т – своего рода штрихкод. Далее полученный результат можно загрузить в базу данных проекта «Штрихкод жизни» (Barcode of Life Database, BOLD), где они пройдут сравнение с существующими штрихкодами, принадлежащими уже установленным видам. Образец неустановленного вида либо выдаст совпадение с существующей последовательностью, либо окажется слишком отличным от всех остальных элементов базы и будет введен в нее в качестве нового элемента. Этот метод уже проверен и относительно недорог. Одна-единственная установка по штриховому кодированию ДНК может обрабатывать сотни и тысячи образцов в год, при этом затраты будут составлять около $10 на образец без учета оплаты труда и расходных материалов.

База данных по изученным образцам – ключевой элемент проекта «Штрихкод жизни». Помимо информации о последовательности нуклеотидов (собственно штрихкода) и названия вида, в ней содержится дополнительная информация о качестве и источнике происхождения каждого образца, а также о надежности проведенной идентификации. К примеру, образец, взятый в ботаническом саду и опознанный куратором, гораздо более надежен, чем некая древняя ДНК, извлеченная из фрагмента зерна, который нашли в осадочных породах на дне озера. Дополнительная информация помогает пользователям базы определиться со степенью надежности результатов исследования. Это важно учитывать при публикации научных открытий, а при расследовании случаев пищевого мошенничества такая информация позволяет убедиться в качестве доказательств.

Итак, можем ли мы использовать штриховое кодирование ДНК, чтобы установить ботаническое происхождение меда? Еще в 2010 г. Том Гилберт и его коллеги из Музея естественной истории (Natural History Museum) при Копенгагенском университете доказали, что даже в очень маленьких (объемом в 1 мл) образцах меда содержится достаточно ДНК-материала для проведения анализа методом ПЦР{11}11
  Schnell, I. B., Fraser, M., Willerslev, E. & Gilbert, M. T. P. 2010. Characterisation of insect and plant origins using DNA extracted from small volumes of bee honey. Arthropod-Plant Interactions 4: 107–16.


[Закрыть]. Они протестировали довольно много образцов меда и извлекли достаточно длинные участки ДНК, чтобы определить таксономическую принадлежность насекомых и растений, участвовавших в изготовлении этих образцов. Любопытно, что ДНК из пчелиных митохондрий (органоиды, отвечающие за производство энергии в клетке) преобладали в количественном отношении над ДНК из растительных органоидов (к примеру, хлоропластов). ДНК ядер растительных клеток была представлена в наименьшем объеме. Поскольку участки генома, подходящие для штрихового кодирования, располагаются в ДНК хлоропластов, ученые подтвердили, что метод анализа ДНК можно использовать для определения ботанического происхождения меда.

На момент написания этой главы Массимо Лабра и работающая под его началом группа исследователей из Университета Бикокка в Милане уже начали тестовое штрихкодирование образцов меда{12}12
  Bruni, I., Galimberti, A., Caridi, L., Scaccabarozzi, D., De Mattia, F., Casiraghi, M. & Labra, M. 2015. A DNA barcoding approach to identify plant species in multiflower honey. Food Chemistry 170: 308–15.


[Закрыть]. Они проанализировали четыре вида полифлерного меда, произведенного в четырех разных местах на севере Итальянских Альп, используя в качестве пограничных маркеров rbcL и еще один ген. Они собрали базу ДНК-штрихкодов для мест, где пчелы собирали нектар, – в общей сложности 315 видов растений. По ДНК, извлеченным из исследуемых образцов меда, они сумели опознать 39 видов растений, из нектара которых был изготовлен мед, – каштан, дуб, бук, а также множество трав. Неожиданной находкой оказалась ДНК ядовитого растения белладонны (Atropa belladonna). И хотя мед, скорее всего, не содержал никаких токсинов, производимых этим растением, данный пример наглядно демонстрирует потенциальную пользу, которую штрихкодирование ДНК может принести при оценке экотоксичности меда, а также решении других вопросов, связанных с безопасностью продуктов питания.

Как уже говорилось, основная сила этого метода – в хорошей базе данных. На данный момент в базе BOLD содержится семь штрихкодов для семи различных образцов дерева манука (L. scoparium), позаимствованных из базы данных GenBank. Однако эти штрихкоды почти не сопровождаются дополнительной информацией. Один из образцов был взят в Королевских ботанических садах Кью в Великобритании, и, вероятно, он может считаться образцом, засвидетельствованным экспертами. Теоретически теперь мы можем отправить образец нашего меда в лабораторию, чтобы провести анализ ДНК и узнать, весь ли растительный генетический материал, присутствующий в образце, принадлежит дереву манука.

Милый мед, где твоя родина?

Итак, раз мы способны доказать при помощи штрихкодирования ДНК, что мед произведен из нектара дерева манука, а дерево это произрастает лишь в определенных ареалах, следовательно, мы можем быть уверены в его географическом происхождении. Но как же быть, если нам нужно определить географическое происхождение либо полифлерного меда, либо меда, изготовленного из нектара широко распространенного растения? Информация о том, откуда родом наш продукт, поможет оценить риски фальсификации или биологического загрязнения. Некоторые страны имеют весьма богатые традиции фальсификации меда. Кроме того, менее строгие правила применения пестицидов и антибиотиков в некоторых странах приводят к повышенному риску загрязнения меда остатками этих веществ. Легкомысленное отношение к географическому происхождению меда, который вы едите, сопряжено с рисками для вашего здоровья.

Кругосветные путешествия, которые совершают продукты по дороге к нашим кухням, зачастую удаленным от места их производства на многие тысячи километров, приводят к тому, что продукты оказываются в совершенно чуждых для них экосистемах, климатических условиях и – в буквальном смысле – на чужой почве. Еще не забыли принцип «Ты есть то, что ты ешь»? Растения и животные, выросшие в другом регионе, естественным образом содержат в своих тканях химический отпечаток и устойчивые изотопы, характерные для их родной местности. Их географическое происхождение проявляется посредством различий в составе макро– и микронутриентов, которые они поглощают из почвы, а это в свою очередь зависит от типа почвы (и лежащих под ней геологических формаций), удобрений, дождя и состава почвенных вод. Все это непосредственно отражается на химическом и изотопном составе растений. Химический и изотопный отпечаток среды, заложенный в растениях, затем переносится на потребителей – включая и травоядных животных (а также пчел), которые поедают эти растения, усваивают из них нутриенты и запасают их в своих тканях. Таким образом, любые продукты, будь они животного или растительного происхождения, несут на себе химический и изотопный отпечаток места, где они были произведены. Как правило, мы не можем определить этот химический и изотопный отпечаток, исходя из вкуса и текстуры потребляемых нами продуктов, хотя натренированное нёбо сомелье способно распознать регион происхождения того или иного вина. Долгие десятилетия исследовательской работы в области экологии и биогеохимии обеспечили нам доскональное понимание основных факторов, влияющих на химический и изотопный состав растительных и животных тканей.

Осознав важность этих географических отпечатков, руководство ЕС запустило масштабный проект по разработке системы отслеживания географического происхождения продуктов (проект TRACE). Ученые из Германии, Италии, Великобритании и Австрии приступили к совместной работе с целью выяснить, можно ли отличить друг от друга образцы меда, произведенного в разных местах Европы с разными климатическими и геологическими условиями. В 20 разных регионах было собрано более 500 образцов меда. Исследователи изолировали белки в его составе и измерили концентрацию устойчивых изотопов углерода (¹³С/¹²С), водорода (²H/¹H), азота (¹⁵N/¹⁴N) и серы (³⁴S/³²S). Именно из этих основных элементов состоят белки. Более легкие изотопы (те члены каждой пары, в которых цифра меньше) чаще встречаются в природе. Подобно тому как ¹³С оказывается тяжелее, чем ¹²С из-за дополнительного нейтрона (мы уже обсуждали, что растения типа С₃ и С₄ по-разному поглощают ¹³CO₂ и ¹²CO₂), так и ²H, ¹⁵N и ³⁴S весят больше своих напарников. И точно так же, как процесс фотосинтеза меняется из-за разницы в весе двух изотопов углерода, так и другие устойчивые изотопы могут сообщать о различных невидимых процессах, протекающих в окружающей среде. Это позволяет исследователям в области биогеохимии совершенно по-новому взглянуть на мир. Для них дождь – это не просто живительная влага, орошающая наш сад, или неприятность, из-за которой пришлось отменить пикник. В глазах биогеохимика дождь раскрашивает все вокруг разными изотопными составами – формирует своего рода изотопный пейзаж. Молекулы воды, в которых содержится более легкий изотоп углерода (¹H₂O), легче испаряются с поверхности моря, чем более тяжелые молекулы (¹H₂HO). Когда пар конденсируется, превращается в облака и оказывается над сушей, ¹H₂HO выпадают в виде осадка раньше, а более легкие молекулы воды продвигаются дальше в глубь суши. В результате изотопный состав водорода в облаках меняется довольно предсказуемым образом, как и географическое распределение изотопов. Чем дальше от побережья выпадают осадки, тем больше в их составе ¹H₂O и тем меньше ¹H₂HO. Растения (а также животные) пьют воду, выпавшую в виде осадков, и в их организме поддерживается соответствующее соотношение изотопов водорода.

Объединив усилия, криминалисты в области пищевого мошенничества и биогеохимики, изучающие изотопы, могут применить метод анализа устойчивых изотопов в составе растений для разработки новых способов определения происхождения тех или иных продуктов. Предсказуемость распределения устойчивых изотопов в ландшафте (так называемый изотопный ландшафт) привела к появлению карт, на которых отмечен изотопный состав химических элементов в разных регионах мира в зависимости от уровня осадков, температуры, геологических условий, сельскохозяйственной деятельности, типичной флоры и других важных факторов. Эти карты можно использовать для подтверждения или опровержения информации о географическом происхождении продукта, напечатанной на этикетке. Разумеется, в теории мошенники могли бы усовершенствовать подделку продуктов, чтобы они имели такой же изотопный состав, как настоящие, но на это ушла бы вся прибыль от махинаций.

Результаты европейского проекта TRACE показали, что состав устойчивых изотопов углерода, азота, водорода и серы в белках меда можно использовать для установления его географического происхождения{13}13
  Schellenberg, A., Chmielus, S., Schlicht, C., Camin, F., Perini, M., Bontempo, L., Heinrich, K., Kelly, S. D., Rossmann, A., Thomas, F., Jamin, E. & Horacek, M. 2010. Multielement stable isotope ratios (H, C, N, S) of honey from different European regions. Food Chemistry 121(3): 770–77.


[Закрыть]. Особенно полезными при определении происхождения европейских образцов оказались изотопы углерода и серы. Другие исследования показали, что применимость метода устойчивых изотопов варьируется в зависимости от того, какой именно компонент меда подвергается анализу. Так, изотопы углерода и кислорода, присутствующие в пыльце, практически не давали информации о регионе происхождения. То же можно сказать об изотопах этих химических элементов в составе жидкого меда и пчелиного воска. Кроме того, этот подход имеет свои ограничения, поскольку в тех случаях, когда переработка меда проходила в регионе, отличном от региона производства, влага из местной атмосферы смешивалась с водой в составе меда и меняла его изотопный состав. Впрочем, если мед не подвергался фильтрации, даже в этом случае можно подвергнуть анализу изотопы водорода и кислорода в содержащемся в нем пчелином воске. В отличие от жидкого меда пчелиный воск сохраняет изотопы водорода и кислорода, присущие месту его производства. Умные мошенники, конечно, понимают это и теоретически могут добавить в мед пчелиный воск, чтобы обмануть тесты.

Мы победили, но победа не окончательная

Борьба с пищевым мошенничеством происходит в постоянно меняющемся ландшафте. Количество продовольственных товаров на рынке неизменно растет, и каждый из них обладает сложным биохимическим строением.

Масштабы и сложность сети поставок достигли небывалых размеров. И на каждый новый метод выявления мошенничества, описанный в научной литературе, появляется 20 новых методов обработки, консервирования и прочих манипуляций с продуктами. Мошенники знают об этом и придумывают все новые уловки в этом сложном, непредсказуемом и хаотичном мире продовольственных товаров.

Как продемонстрировал нам случай с медом, существуют очень продвинутые технологии аналитической химии и биохимии, которые в комбинации с информационными и хемометрическими технологиями могут помочь в решении наших задач. Они представляют собой весьма современный и высокоэффективный набор диагностических инструментов. Недавние скандалы с подделкой продуктов побудили правительства во всем мире направить дополнительные финансовые и человеческие ресурсы на внедрение этих инструментов в практическую деятельность. Инерции, заданной этими скандалами, хватило даже для того, чтобы учредить международные органы мониторинга и контроля качества продуктов. Все вместе это означает, что наша способность вставлять палки в колеса пищевым мошенникам значительно возросла. Так почему же ситуация до сих пор напоминает игру в кошки-мышки? По мере того как развиваются и начинают широко применяться описанные в этой главе методы, мы можем быть все более спокойны за содержимое нашей баночки с медом. Но мошенники неизбежно найдут новые способы получения незаконной прибыли. И это не может не беспокоить, учитывая, что количество всех насекомых-опылителей (не только медоносных пчел) по всему миру существенно сокращается.

В 2011 г. министерство торговли США ввело антидемпинговые пошлины (по ставке 300 %) на мед, импортируемый из Китая, чтобы охладить пыл поставщиков, запрудивших американские магазины дешевым поддельным медом и разорявших честных американских пчеловодов. Чтобы обойти эти пошлины, некоторые импортеры просто начали закупать тот же китайский мед у стран-посредников. Перифразируя известное выражение, этот процесс можно назвать «отмыванием меда». Из-за повышенного риска, связанного с содержанием пестицидов и антибиотиков (в том числе запрещенных), весь китайский мед, импортируемый в США, проходит ветеринарный контроль. Если мед был «отмыт» в стране-посреднике и на его этикетке больше не значится, что он из Китая, он не подлежит обязательному тестированию. Конечно, можно было бы решить эту проблему, введя требование об обязательном тестировании любого импортного меда, но на практике это неосуществимо. Кроме того, китайский мед обычно подвергается тонкой фильтрации, поэтому он вообще не содержит частичек пыльцы. Поскольку многие полезные свойства меда обусловлены именно присутствием в его составе пыльцы, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов постановило, что мед, не содержащий частичек пыльцы, не является медом. К тому же отсутствие пыльцы затрудняет определение происхождения продукта. В 2011 г. медиаресурс Food Safety News закупил 60 баночек меда по всей территории Соединенных Штатов и попросил эксперта по пыльце из Техасского университета A&M протестировать их. Оказалось, что 76 % всех образцов, купленных в супермаркетах и магазинах самообслуживания типа Costco, вообще не содержит пыльцы. Так какой же это мед?

У проблемы существует два решения: простое и сложное. Сложное заключается в том, чтобы международные поставщики взяли на себя обязательство продавать только аутентичные продукты, подлинность которых удостоверена независимой проверкой третьей стороны, доказавшей свою социальную ответственность. В США организация под названием «Настоящий мед» (True Source Honey) запустила программу сертификации, которая позволяет участникам системы поставок продемонстрировать соответствие своего продукта требованиям подлинности и безопасности. Простое решение состоит в полном отказе от импорта меда и покупке его только у местных пчеловодов. Какое бы решение мы ни выбрали, это в любом случае приведет к росту цен на мед. До чего же печально осознавать, что нам придется платить втридорога за уверенность в том, что мы едим именно тот продукт, который заявлен на упаковке!

Глава 3
Жирный куш

Одна из крупнейших махинаций в мире пищевого мошенничества была связана с растительным маслом. И хотя она весьма отличалась от типичных способов фальсификации и неправильной маркировки «жидкого золота», масштаб замысла делает эту историю достойной внимания. Инцидент известен как «скандал с салатным маслом» или «соевый скандал», и он имел место еще в 1963 г. По итогам этой истории такие корпорации, как American Express, Bank of America и Bank Leumi, а также многие международные торговые компании потеряли в общей сложности $150 млн (что в пересчете на сегодняшний индекс цен составляет более $1 млрд). По масштабам этот скандал вполне сравним с ипотечным кризисом 2007–2008 гг. Тяжесть убытков иллюстрирует всю важность такого продукта, как растительное масло, в том числе для экономики.

Ответственность за скандал несла компания Allied Crude Vegetable Oil Refining Co., зарегистрированная в Нью-Джерси и действовавшая под руководством Тино де Анджелиса. Замысел был прост: судовые контейнеры для перевозки масла заполнили водой, на поверхность которой налили некоторое количество соевого масла. Поскольку масло легче воды и всегда поднимается на поверхность, инспекторы, проверявшие поставку, заглянули в контейнеры, увидели масло и выдали соответствующие сертификаты. Затем де Анджелис использовал эти сертификаты для получения огромных ссуд в банках и финансовых компаниях на Уолл-стрит. Что примечательно, эти контейнеры содержали гораздо больше фиктивного масла, чем производилось в то время во всей Америке. Скандал разразился в ноябре 1963 г. и вызвал сумятицу на фьючерсных рынках из-за немедленного отзыва многих кредитов. После 22 ноября внимание публики переключилось на убийство президента Джона Кеннеди, однако де Анджелис все же был осужден на семь лет тюремного заключения. И хотя в его разоблачении нет заслуги ученых, принцип сопоставления объемов производства (поставки) с объемами продаж, как мы уже видели в предыдущей главе и увидим в следующих, может быть ключевым шагом в выявлении многих преступных махинаций.