Thực phẩm biến đổi gen sự hứa hẹn và các vấn đề liên quan

KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN

Sinh vật biến đổi gen và thực phẩm biến đổi gen là gì ?

Biến đổi gen là một kỹ thuật sinh học làm thay đổi trong bộ máy di truyền của các loại sinh vật sống. Sinh vật biến đổi gen (Genetically Modified Organism – GMO) được định nghĩa là sinh vật (thực vật, động vật hoặc vi sinh vật) trong đó vật liệu di truyền (DNA) đã bị thay đổi theo cách không xảy ra tự nhiên bằng giao phối hoặc tái tổ hợp tự nhiên (WHO, 2016). Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) định nghĩa sinh vật biến đổi gen là một sản phẩm không xuất hiện tự nhiên bằng cách giao phối hoặc tái tổ hợp tự nhiên. Các loại thực phẩm biến đổi gen là các loại thực phẩm được sản xuất từ thực vật hoặc động vật biến đổi gen (FAO, 2016). Ở Việt Nam, cũng có cách định nghĩa tương tự về các thuật ngữ này. Theo đó, sinh vật biến đổi gen là sinh vật có cấu trúc di truyền bị thay đổi bằng công nghệ chuyển gen (Luật đa dạng Sinh học, 2008) và thực phẩm biến đổi gen là thực phẩm có một hoặc nhiều thành phần nguyên liệu có gen bị biến đổi bằng công nghệ gen (Luật an toàn thực phẩm, 2010).

Người ta tạo ra sinh vật biến đổi gen bằng cách nào?

Sinh vật chuyển gen được tạo ra nhờ vào kỹ thuật di truyền. Kỹ thuật này tạo ra sự biến đổi gen bằng cách đưa vào hoặc loại bỏ đi những gen nào đó trong cơ thể sinh vật. Các gen quan tâm thường được chuyển từ cá thể này sang cá thể khác.

Hình 1. Sơ đồ tổng quát cho quá trình tạo cây bắp chuyển gen

Gen Bt mã hóa cho protein tinh thể độc tố từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis được chuyển vào cây bắp.

Cây bắp được chuyển gen Bt có khả năng tự kháng lại sâu hại đích.

Lịch sử tạo ra sinh vật biến đổi gen

Từ thập niên 40 của thế kỷ 20, các nhà khoa học phát hiện ra rằng vật liệu di truyền có thể được chuyển đổi giữa các loài khác nhau. Năm 1953, Watson và Crick đã công bố cấu trúc xoắn kép của phân tử DNA và đưa ra học thuyết trung tâm của sinh học phân tử với nội dung chính là phân tử DNA được phiên mã thành phân tử RNA thông tin, và phân tử RNA thông tin được dịch thành phân tử protein. Năm 1973, Cohen và cộng sự đã phát triển công nghệ tái tổ hợp DNA, cho thấy các phân tử DNA có thể được chuyển đổi giữa các loài khác nhau (Cohen và cs, 1973). Cây thuốc lá biến đổi gen lần đầu tiên thương mại hóa ở Trung Quốc vào đầu những năm 1990. Năm 1994, thị trường Mỹ công bố loài cà chua biến đổi gen đầu tiên có đặc tính làm chín chậm được phê duyệt bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA). Kể từ đó, một số cây trồng biến đổi gen đã nhận được sự chấp thuận của FDA. Cho đến năm 2018, đã có 26 quốc gia trên thế giới trồng cây trồng biến đổi gen với diện tích lên đến hàng trăm triệu ha. Các loại thực phẩm biến đổi gen được thương mại hoá trên thị trường bao gồm ngô, đậu nành, củ cải đường, đu đủ, khoai tây, cà tím, táo và nhiều loại khác (ISAAA, 2018). Ở động vật, các nghiên cứu về chuyển gen cũng được tiến hành. Chẳng hạn như, nghiên cứu tạo ra cá biến đổi gen để tiến hành nghiên cứu di truyền học và sự phát triển trên hai loài cá sọc và cá chọi, cả hai loài này có lớp da trong suốt và phát triển nhanh, phôi một tế bào của chúng dễ quan sát và vi phẫu với kỹ thuật DNA (Gong & Korzh, 2004). Nghiên cứu tạo ra được bò sữa biến đổi gen để tạo ra được sữa như ở con người (Stevenson Heidi, 2011).

Tại sao có sự nỗ lực phát triển thực phẩm biến đổi gen?

Có ba thách thức lớn mà chúng ta đang phải đối mặt và cần có sự hỗ trợ từ các thành tựu khoa học và công nghệ mới để đảm bảo an ninh lương thực.

Thứ nhất là vấn đề gia tăng dân số

Dân số toàn cầu hiện nay là khoảng 7,35 tỷ người và được dự báo sẽ tăng lên 9,3 tỷ người vào năm 2050 (FAO, 2009). Sự gia tăng dân số là một trong những nguyên nhân chính cho vấn nạn suy dinh dưỡng trên toàn thế giới. Năm 2015, Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Hoa Kỳ đã báo cáo rằng 795 triệu người trên thế giới bị thiếu dinh dưỡng, trong đó có 780 triệu người ở các khu vực đang phát triển (FaAOotU, 2015). Do đó, việc xóa đói phải là nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu của việc hoạch định chính sách.

Có thể cho rằng một trong những giải pháp thực tế nhất để giải quyết nhu cầu lương thực toàn cầu là tăng năng suất cây trồng. Đây là một nhiệm vụ khó khăn, và dường như điều này chỉ có thể đạt được bằng cách tối ưu hóa bộ máy di truyền của cây trồng cùng với những cải tiến tích cực trong quản lý hệ thống nông nghiệp.

Thứ hai là sự sụt giảm diện tích đất canh tác

FAO dự đoán rằng diện tích đất canh tác nông nghiệp cho sản xuất lương thực/người sẽ giảm từ 0,242 ha xuống còn 0,18 ha vào năm 2050 (Alexandratos, 2012). Sự sụt giảm này do nhiều nguyên nhân như nhu cầu tăng đối với sản xuất nhiên liệu sinh học và nguyên liệu; tăng tốc đô thị hóa; sa mạc hóa, đất bị nhiễm mặn và suy thoái; biến đổi khí hậu; tài nguyên nước bị hạn chế. Vấn đề này càng làm tăng thêm sức ép về nhu cầu lương thực trong khi sự gia tăng dân số và nạn suy dinh dưỡng vẫn đang diễn ra. Do đó, để đảm bảo nguồn lương thực thì sự gia tăng năng suất cho cây trồng là thực sự cần thiết.

Thứ ba là những hạn chế của phương pháp nhân giống truyền thống

Theo phương pháp truyền thống, nhà tạo giống tìm cách tổ hợp lại các gen giữa hai cá thể khác nhau nhằm tạo ra con lai mang những tính trạng mong muốn. Ví dụ, trong quá trình lai giống các loài để tạo ra một cây lai, hàng triệu gen đã được kết hợp. Các nhà khoa học phải lựa chọn và sau đó liên tục lai giống các loài cây, thường là trong khoảng thời gian vài năm (tùy thuộc vào thời gian thế hệ, ví dụ 10 -15 năm đối với lúa mì), để đạt được loài cây mang nhiều đặc điểm mong muốn nhất và ít đặc điểm không mong muốn nhất.

Tuy nhiên phép lai này bị hạn chế bởi nó chỉ có thể thực hiện được giữa các cá thể cùng loài hoặc có họ hàng gần. Phải mất nhiều thời gian mới thu được những kết quả mong muốn và thường là những đặc tính quan tâm lại không tồn tại trong những loài có họ hàng gần. Một số phương pháp được sử dụng để tăng tính đa dạng di truyền bằng cách sử dụng hóa chất hoặc bức xạ để tạo ra thể đột biến mới. Tuy nhiên, các phương pháp này mang đến những đặc điểm được cải thiện chỉ do cơ hội ngẫu nhiên và xác suất thành công thấp. Thêm vào đó, tính không chọn lọc của các phương pháp này có thể làm kéo dài thời gian nhân giống.

Như vậy, khi nhìn nhận những sự thật này, sự xuất hiện của Công nghệ Sinh học và sự phát triển của thực phẩm biến đổi gen hứa hẹn sẽ giảm đáng kể thời gian tạo ra giống mới, cho phép nhà tạo giống cùng lúc đưa vào những gen mong muốn từ những sinh vật sống khác nhau. Phương pháp hữu hiệu này cho phép các nhà tạo giống đưa ra giống mới nhanh hơn và vượt qua những giới hạn của tạo giống truyền thống, góp phần vào sự thành công của chiến lược an ninh lương thực toàn cầu bền vững.

Những lợi ích tiềm năng của thực phẩm biến đổi gen

Ngày nay, các thực phẩm biến đổi gen phổ biến nhất là các loại cây trồng thực vật, ví dụ như đậu nành, bắp, cà chua, khoai tây, … Các loại cây trồng này được biến đổi gen nhằm mục đích chủ yếu là để cải thiện năng suất, tăng sức đề kháng với sâu bệnh hoặc tăng khả năng chịu đựng với các loại thuốc diệt cỏ. Ngoài ra, bằng kỹ thuật chuyển gen cũng làm gia tăng hàm lượng chất dinh dưỡng hoặc tạo ra chất chất có giá trị trong trị liệu như vitamin A, C, E, acid béo không bão hòa, chất xơ (cellulose thô). Ví dụ điển hình là việc tạo ra giống lúa vàng (golden rice) biến đổi gen có chứa hàm lượng vitamin A cao.

Hình 2. Các loại thực phẩm biến đổi gen (ảnh minh hoạ)

Thêm vào đó, kỹ thuật di truyền còn cho phép tạo ra các sản phẩm trị liệu từ thực vật như biểu hiện kháng nguyên virus hoặc vi khuẩn vào trong của tế bào thực vật. Do đó, khi chúng ta ăn những sản phẩm từ các loại cây trồng này sẽ có khả năng kích thích hệ thống miễn dịch, thông qua miễn dịch niêm mạc, để sản xuất kháng thể. Dạng vaccine này được gọi là vaccine ăn được. Nhiều loại cây trồng như gạo, cà chua, khoai tây, rau diếp, đu đủ, … đang được nghiên cứu để tạo ra vaccine ăn được nhằm mục đích chống lại các bệnh nhiễm vi sinh vật (Concha và cs, 2017).

Những nguy cơ tiềm ẩn của thực phẩm biến đổi gen

Bao giờ cũng có những nguy cơ tiềm ẩn trong việc phát triển những kỹ thuật mới. Các rủi ro sức khỏe lớn có khả năng liên quan đến thực phẩm biến đổi gen là độc tính, dị ứng, kháng kháng sinh, các mối nguy di truyền, thậm chí là ung thư (Bawa & Anilakumar, 2013). Có các mối nguy hiểm trong việc vô tình đưa những chất gây dị ứng hoặc làm giảm dinh dưỡng vào thực phẩm. Cây trồng chuyển gen có khả năng phát tán những gen biến nạp trong cây trồng sang họ hàng hoang dại; sâu bệnh có nguy cơ tăng cường tính kháng với các chất độc tiết ra từ cây chuyển gen và có cả nguy cơ những chất độc này tác động tới sinh vật không phải sinh vật cần diệt.

Kết luận

Bên cạnh những điểm còn chưa rõ ràng về thực phẩm biến đổi gen nhưng với khả năng tạo ra những giống mới có giá trị kinh tế, giải quyết được các vấn đề an ninh lương thực do sự gia tăng dân số, giảm diện tích đất canh tác và khắc phục các hạn chế của kỹ thuật lai tạo giống truyền thống, điều này cho thấy vai trò của công nghệ chuyển gen là không thể phủ nhận được. Tuy vậy, vẫn còn một số vấn đề đáng lo ngại về việc tạo ra sinh vật biến đổi gen cũng như thực phẩm có nguồn gốc từ sinh vật biến đổi gen. Để giải quyết những vấn đề này thì những kết luận đánh giá an toàn sinh học dựa trên những thông tin tin cậy, có cơ sở khoa học là thực sự cần thiết. Bên cạnh đó, cần phải xác định các tác động bất lợi có thể xảy ra đối với đa dạng sinh học và sức khỏe con người, động vật, từ đó đề ra các giải pháp quản lý phù hợp.

Tài liệu tham khảo

1. Alexandratos (2012). World Agriculture Towards 2030/2050, 1. www.faoorg/economic/esa.

2. Bawa, A. S., & Anilakumar, K. R. (2013). Genetically modified foods: Safety, risks and public concerns – A review. In Journal of Food Science and Technology.

3. Beyer, Peter, Salim Al-Babili, Xudong Ye, Paola Lucca, Patrick Schaub, Ralf Welsch, and Ingo Potrykus (2002). “Golden Rice: Introducing the beta-Carotene Biosynthesis Pathway into Rice Endosperm by Genetic Engineering to Defeat Vitamin A Deficiency.” The Journal of Nutrition 132 : 506 –10.

4. Cohen, S. N., Chang, A. C. Y., Boyer, H. W., & Helling, R. B. (1973). Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

5. Concha, C., Cañas, R., Macuer, J., Torres, M. J., Herrada, A. A., Jamett, F., & Ibáñez, C. (2017). Disease prevention: An opportunity to expand edible plant-based vaccines? Vaccines, 5(2), 1–23.

6. FAO (2009). Global agriculture towards 2050, How to feed the world 2050.X

7. Nations FaAOotU: The State of Food Insecurity in the World, (2015). http://wwwfaoorg/3/a-i4646epdf

8. Food and Agriculture Organization of the United Nations, (2016). http://wwwfaoorg/docrep/005/y2772e/y2772e04htm.

9. Gong, Z., & Korzh, V. (2004). Fish Development and Genetics. In Reproduction.

10. ISAAA. (2018). Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops in 2018: Biotech Crops Continue to Help Meet the Challenges of Increased Population and Climate Change. ISAAA Brief No. 54. In ISAAA Brief No. 54. ISAAA: Ithaca, NY.

11. Luật số 20/2008/QH12 của Quốc hội : LUẬT ĐA DẠNG SINH HỌC

12. Luật số 55/2010/QH12 của Quốc hội : LUẬT AN TOÀN THỰC PHẨM

13. Stevenson Heidi, (2011). http://www.gaiahealth.com/articles401/000433-humangenes-cows-produce-human-milk.shtml/

14. World Health Organization, 2016, 14. http://wwwwhoint/foodsafety/areas work/food-technology/faq-genetically-modified-food/en/.