Ричард Эвершед - Состав: Как нас обманывают производители продуктов питания
Но можно ли использовать описанные выше тесты, чтобы пойти еще на шаг дальше и однозначно подтвердить, что мед в нашей баночке – действительно манука? Это исключительно сложная проблема, над решением которой все еще бьются криминалисты в области пищевой индустрии. Традиционный подход заключается в анализе пыльцы, входящей в состав меда, на предмет ее происхождения. Пищевой стандарт меда манука допускает, что содержание пыльцы Leptospermum может составлять всего 70 %, однако анализ осложняется из-за родственного дерева канука (Kunzea ericoides), которое произрастает в тех же ареалах, что и манука, и имеет идентичную пыльцу. Кроме того, в Австралии имеется местный родственник дерева манука – тонкосемянник истодолистный (Leptospermum polygalifolium). Так что на сегодняшний день требуется разработать новый тест, который поможет отличить мед, получаемый от этих родственных растений, от меда манука, если уж нам так необходимо убедиться в его совершенной подлинности.
«Омики» и революция в тестировании продуктов
Чтобы разобраться с истинным происхождением меда манука, а также другими аспектами оценки подлинности меда, можно обратиться к так называемым постгеномным технологиям. «Омики» – это научный неологизм, служащий общим обозначением разделов современной биологии, которые заканчиваются на -омика: геномика, протеомика и метаболомика. Учитывая, что абсолютное большинство наших продуктов происходит из органического мира (по крайней мере, нам хотелось бы в это верить), применение этих дисциплин знаменует собой новую эпоху в выявлении многих видов пищевого мошенничества в XXI в. В общем, «омики» нацелены на выявление коллективных характеристик и количественную оценку биологических молекул, которые преобразуются в структуры, функции и динамику живых организмов. Сложно представить, как именно пресечение пищевого мошенничества соотносится с этим определением. Тем не менее первый вопрос, который встает при оценке подлинности продукта, – это происхождение вида, и именно в этом месте пересекаются интересы продовольственной инспекции и постгеномной науки.
Для начала скажем несколько слов об основных принципах, лежащих в основе «омик». Все организмы на нашей планете являются продуктом своей последовательности ДНК. Химические «кирпичики» ДНК называются нуклеотидами, а последовательность, в которой они располагаются, называется генетическим кодом. Геномика изучает структуру, функции и эволюцию этих последовательностей. Участки генетического кода – гены – содержат в себе схемы строения белков. Белки состоят из цепочек аминокислот и отличаются друг от друга главным образом последовательностью аминокислот в цепочках, их размером и формой. Как правило, белки ассоциируются у нас со строительным материалом, из которого состоят мышцы, однако помимо этого они являются катализатором метаболических реакций (ферментами), участвуют в репликации ДНК и переносят молекулы из одного места в другое (к примеру, гемоглобин – это белок крови, который переносит молекулы кислорода). Кроме того, белки служат чувствительными датчиками, отвечающими за восприятие разнообразных стимулов снаружи и изнутри нашего тела (так, гормональные рецепторы на поверхности клеток являются белками). Изучением структуры и функций белков занимается протеомика. И наконец, последний инструмент в наборе криминалиста, специализирующегося на пресечении пищевого мошенничества, – метаболомика. Как уже было сказано, геномика и протеомика основаны на анализе ДНК и белков соответственно. Метаболомика же занимается всеми остальными процессами, которые происходят в клетке. Возьмем, к примеру, токсикологический анализ. Моча, содержащая отходы клеточного метаболизма, может показать, какие изменения токсин вызвал в человеческом теле. Этот подход отличается от изолированного изучения органов с целью определения действия токсина. Мы очень скоро вернемся к метаболомике и геномике, но для того, чтобы убедиться в подлинности нашего меда манука, нам в первую очередь пригодится протеомика.
Потенциал протеомики
Мы уже упоминали, что состав устойчивых изотопов углерода в белках, входящих в состав меда, можно использовать для выявления примеси HFCS. Но белки – это не только состав устойчивых изотопов. В действительности протеомика является одной из передовых технологий в борьбе с пищевым мошенничеством. Последовательность аминокислот в белках может быть видоспецифической, а потому ее можно использовать для определения, к какому виду относится тот или иной неопознанный белок. Итак, почему же мы используем белки, а не ДНК для того, чтобы выяснить происхождение продукта? Во-первых, оборудование для анализа белков гораздо проще, тогда как ДНК-секвенсор далеко не всегда входит в стандартное оснащение аналитической лаборатории (впрочем, все меняется, и со временем анализ ДНК станет дешевле). Во-вторых, протеомика имеет фору при определении происхождения животных и растительных продуктов с высокой степенью переработки.
Протеомика как научный раздел биохимии существует уже более 20 лет. Метод протеомного анализа предполагает обработку неизвестного белка или смеси белков специальным ферментом под названием трипсин, который расщепляет белки на множество более мелких фрагментов, которые называются пептидами. Трипсин распознает определенные последовательности аминокислот и каждый раз расщепляет белок именно в этом месте, так что этот процесс предсказуем и воспроизводим. Получившаяся смесь фрагментов белков подвергается сепарации при помощи HPLC и дальнейшему анализу в масс-спектрометре, который распознает последовательности аминокислот в получившихся пептидах. Масс-спектрометр может очень точно определять вес отдельных пептидов, подвергать их дальнейшему расщеплению и замерять количество фрагментов каждого типа и порядок расположения в них аминокислот. Измеряя вес (молекулярную массу) и количество (концентрацию) каждого пептида, мы можем получить отпечатки высокой диагностической ценности. Их можно сравнивать с информацией, которая содержится в базах данных по последовательностям пептидов в известных белках из предыдущих образцов продукта. Таким образом, оценка происхождения продукта может достигать высокой степени точности. Позднее мы увидим, что этот подход особенно эффективен при определении фальсификации мяса, но как же он поможет нам удостовериться в подлинности происхождения нашего меда?
Пьер Джорджо Ригетти и его команда исследователей из Миланского технического университета предприняли попытку отделить белки меда, произведенного из нектара каштана, акации, подсолнуха, эвкалипта и апельсина{7}. К несчастью, концентрация белка в исследуемом меде оказалась гораздо ниже (во много раз), чем сообщалось ранее. Что еще печальнее, проведенный ими протеомный анализ показал, что все белки, которые им удалось обнаружить в образцах меда, за исключением одного, оказались продуктом жизнедеятельности пчел, а именно ферментами, содержащимися в пчелиной слюне. Попытки определить растение (при помощи пыльцы или нектара) по содержащимся в образцах белкам окончились неудачей, так что на данном этапе протеомика не дает ответа на вопрос о растении, послужившем источником для изготовления меда. Поэтому в поисках решения загадки меда манука мы обратимся к другим дисциплинам.
Магическая метаболомика
В ходе своей нормальной жизнедеятельности, например дыхания, питания, испражнения, все животные и растения производят биологический материал в виде различных соединений и смесей. В зависимости от географического происхождения и организма, который их произвел, эти соединения могут различаться по своему составу. Теоретически нам следовало бы применить сложные аналитические методы, чтобы получить высокоточный химический отпечаток этих соединений и определить, происходит ли наш мед манука от соответствующих деревьев, произрастающих в Новой Зеландии и Австралии.
Один из методов, который широко применяется в метаболомике, – ядерная магнитно-резонансная спектроскопия (ЯМР), о которой многие слышали в контексте медицинской диагностики. На самом деле этот метод был разработан в лабораториях аналитической химии, где его использовали для анализа строения органических молекул. Он основан на взаимодействии радиочастотного излучения с атомами молекул, помещенных в магнитное поле. В 2012 г. итальянские ученые продемонстрировали, что ЯМР-спектроскопию 600 МГц ¹H (где 600 МГц – рабочая частота, а ¹H – исследуемое ядро) можно использовать для определения ботанического происхождения различных видов меда{8}. В течение двух с лишним лет они собирали ЯМР-спектры 353 экстрактов монофлерного (акациевого, липового, апельсинового, эвкалиптового, каштанового) и падевого меда, произведенных в Италии, а также полифлерных видов меда. Им удалось определить специфические маркеры для каждого монофлерного меда, после чего они использовали метод метаболомического анализа на основе ЯМР в сочетании с многомерным статистическим анализом для определения различий между разными видами меда. Это не потребовало трудоемкой подготовки образцов: исследование было быстрым, воспроизводимым и, судя по всему, гораздо более объективным, чем анализ содержания пыльцы. Год спустя другая группа исследователей выделила 13 метаболитов в составе меда, у каждого из которых было как минимум одно явное совпадение с результатами анализа методом ¹H ЯМР. По итогам их работы стало возможно определять количественное содержание в меде различных соединений, в том числе углеводов и альдегидов, а также алифатических и ароматических органических кислот{9}. Они использовали свой метод, чтобы определить количество различных соединений в меде манука, но не пытались с его помощью выявить различия этого и других видов меда.
