Skip to the main content

Review article

https://doi.org/10.33128/s1.35.1.2

The strategies in the detection of genetically modified organisms in the seed on the territory of the Republic of Croatia: the application of the screening method

Ksenija Duka ; Hrvatska agencija za poljoprivredu i hranu, Centar za sjemenarstvo i rasadničarstvo, Usorska 19, Brijest, Hrvatska
Renata Hanzer orcid id orcid.org/0009-0009-8870-1584 ; Hrvatska agencija za poljoprivredu i hranu, Centar za sjemenarstvo i rasadničarstvo, Usorska 19, Brijest, Hrvatska *

* Corresponding author.


Full text: croatian pdf 805 Kb

versions

page 19-26

downloads: 61

cite

Download JATS file


Abstract

With the market placement of the first genetically modified organisms in the 1990s, there was a necessity for appropriate analytical methods of their monitoring. Modern biotechnology is among the most rapidly developed present‐day technologies, which is why every year there is an increase in new modifications on the market, and, as a result, a number of methods for their detection also increases. In the initial years of monitoring the genetically modified organisms, the analysis involved determining the presence of only 2-3 screening elements, while today the laboratories have to cover over a hundred different modifications. An increasing number of methods presents a challenge to the laboratories due to an increase in the number of analytical steps that are necessary to be performed per sample, analyses are becoming more time‐consuming and financially demanding, and a successful strategy in analytics is necessary. In Croatia, the genetically modified crops are systematically monitored through national monitoring. The monitoring involves the analyses of seeds, green leaves, food, and animal feed. Considering a constant increase in market modifications, an increasing number of analyses are annually performed on the same number of samples. This paper investigates the application of matrices for the selection of screening methods in accordance with the monitoring plan. The screening methods precede the confirmatory Real Time PCR analyses and serve to exclude the negative samples. Given that the analytical procedures must include all currently approved modifications, a screening matrix was used to achieve a maximum coverage of all modifications with as few analytical steps as possible and ensure a purposeful analysis. The research results demonstrate that the screening matrix enables an optimal selection of strategy in the sample analysis, produces a satisfactory result, and, simultaneously, the analyses and the financial cost are within acceptable limits.

Keywords

screening methods; GMO; matrix; monitoring; Real Time PCR

Hrčak ID:

319774

URI

https://hrcak.srce.hr/319774

Publication date:

25.7.2024.

Article data in other languages: croatian

Visits: 274 *




UVOD

Od pojave prvih komercijaliziranih genetički modificiranih poljoprivrednih kultura koncem prošloga stoljeća do danas, površine zasijane genetički modificiranim organizmima (GMO), kao i broj modifikacija, u stalnome su porastu. Primjena tehnika genetičkoga inženjerstva dovela je do svojevrsne revolucije u poljoprivredi, omogućući brz razvoj kultivara otpornih na herbicide, štetnike i bolesti ili kultivara poboljšanoga nutritivnog sadržaja. Porastom broja modifikacija posljedično dolazi i do porasta broja metoda za praćenje takvih proizvoda na tržištu, te uobičajene strategije otkrivanja prisutnosti genetički modificiranih organizama u poljoprivrednim proizvodima zahtijevaju nov pristup i strategiju koja će smanjiti broj analitičkih koraka, a istovremeno jamčiti uspješnost monitoriranja (Querci i sur, 2010).

Europsko zakonodavstvo koje regulira pitanje genetički modificiranih proizvoda zasniva se na dva osnovna zahtjeva: prije stavljanja na tržište svaki GMO mora proći procjenu rizika utjecaja na ljude, životinje i okoliš te za njega mora biti osigurana metoda detekcije. Prema Uredbi (EU) 2017/625, Referentni laboratorij Zajednice validira metode i objavljuje ih u važećim registrima, a nacionalno zakonodavstvo propisuje obveznu uporabu ovih metoda za službene kontrole, odnosno monitoring (EU Register of authorized GMOs, 2024). Monitoring ima za cilj utvrditi sadrži li proizvod genetički modificirane organizme te je li utvrđena modifikacija odobrena za stavljanje na tržište, odnosno je li prošla procjenu rizika. U uzorcima kod kojih je potvrđena prisutnost nekoga GMO-a potrebno je utvrditi koliki je njegov kvantitativni sadržaj (Hilbeck, 2020). Metoda izbora jest metoda lančane reakcije polimerazom u stvarnome vremenu (Real Time PCR, qPCR). Ova metoda dokazano je najtočnija i najpouzdanija za detekciju GMO-a, visoko je specifična i primjenjiva na širok raspon uzoraka, od sjemena do visoko prerađene hrane i hrane za životinje (A ngers – Loustau i sur., 2014; Holst – Jelsen i sur., 2012).

Trenutačno na europskome tržištu postoji velik broj odobrenih modifikacija, ali i onih kojima je isteklo odobrenje ili su odobrene izvan Europske unije. Kontinuirano povećanje broja modifikacija na europskome i globalnom tržištu predstavlja izazov u kontroli i praćenju GMO-a. Povećavanjem broja modifikacija raste i broj metoda njihova otkrivanja, analize su sve složenije, broj analitičkih koraka koje je potrebno provesti po jednome uzorku sve je veći, a analize su financijski i vremenski sve zahtjevnije. Zbog svega navedenoga nužan je optimalan odabir strategije u analizi uzoraka koji će pružiti zadovoljavajući rezultat, a istovremeno omogućiti optimizaciju troškova analize i potrebnoga vremena (Rosa i sur., 2016; Rostoks i sur., 2019).

MATERIJALI I METODE

U radu su korišteni uzorci sjemena soje, kukuruza i uljane repice zaprimljeni u Odjelu za biotehnološke analize, mikotoksine i rezidue pesticida Centra za sjemenarstvo i rasadničarstvo Hrvatske agencije za poljoprivredu i hranu (CSR, HAPIH) u sklopu službenih kontrola. Uz uzorke sjemena kao pozitivne kontrole korišteni su certificirani referentni materijali za GMO JRC (Joint Research Centre) i AOCS (American Oil Chemists’ Society) normalizirani na 0,1 % sadržaja GMO‐a.

Genomska DNK izolirana je iz uzoraka sjemena i certificiranoga referentnog materijala metodom s 2 % CTAB pufera (Hanzer, 2019), a provjera kakvoće i prinosa DNK provjerena je UV spektrofotometrijom (BioPhotometer, Eppendorf). Otopina DNK i standardi normalizirani su na 50 µg/ml. Utvrđivanje prisutnosti karakterističnih DNK slijedova za GMO odrađeno je qPCR metodom s pomoću TaqMan kemije (Navarro i sur., 2015). Korištene početnice i fluorescirajuće probe prikazane su u Tablici 1. (Vanden Eede, 2011.). Svaki uzorak analiziran je u dvama ponavljanjima.

Tablica 1. Popis početnica (3'-5' i 5'-3') i TaqMan proba korištenih u analizi.

Table 1 A list of primers (3'-5' and 5'-3') and the TaqMan probes used in the analyses.

Biljno specifični gen

Plant-specific gene

lektin

lectin

CCA GCT TCG CCG CTT CCT TC
GAA GGC AAG CCC ATC TGC AAG CC
FAM - CTT CAC CTT CTA TGC CCC TGA CAC - TAMRA

alkohol dehidrogenaza

alcohol deydrogenase

CGTCGTTTCCCATCTCTTCCTCC
CCA CTC CGA GAC CCT CAG TC
VIC - AAT CAG GGC TCA TTT TCT CGC TCC TCA - TAMRA

kruciferin A

Cruciferin A

GGC CAG GGT TTC CGT GAT
CCG TCG TTG TAG AAC CAT TGG
VIC - AGT CCT TAT GTG CTC CAC TTT CTG GTG CA - TAMRA

Probirni element

Screening element

p-35SCGTCTTCAAAGCAAGTGGATTG
TCTTGCGAAGGATAGTGGGATT
FAM - TCTCCACTGACGTAAGGGATGACGCA - TAMRA
t-NOSCATGTAATGCATGACGTTATTTATG
TTGTTTTCTATCGCGTATTAAATGT
FAM - ATGGGTTTTTATGATTAGAGTCCCGCAA - TAMRA
Cry1Ab/AcGAGGAAATGCGTATTCAATTCAAC
TTCTGGACTGCGAACAATGG
FAM - ACATGAACAGCGCCTTGACCACAGC - MGB
PatTTGAGGGTGTTGTGGCTGGTA
TGTCCAATCGTAAGCGTTCCT
FAM - CTT CCA GGG CCC AGC GTA AGC A -TAMRA
t-E9TTTTTATTCGGTTTTCGCTATCG
TGAGAATGAACAAAAGGACCATATCA
FAM-TCATTAACTCTTCTCCATCCATTTCCATTTCACAGT-TAMRA

REZULTATI I RASPRAVA

Više autora donosi različite strategije za otkrivanje prisutnosti genetički modificiranih organizama u sjemenu. Sve za cilj imaju utvrditi kako s minimalnim brojem analiza za svaku biljnu vrstu osigurati potpunu (ili što veću) pokrivenost u skladu sa zakonski propisanim uvjetima (Bof ini, 2021.). Gledano kroz povijest, u prvim godinama provedbe monitoringa umnažanje svega dvaju probirnih elemenata, promotora 35S i terminatora NOS, omogućivalo je preko 90 % pokrivenosti genetički modificiranih organizama na tržištu (Hardegger i sur., 1999.). Danas bi takav pristup mogao biti primijenjen jedino na kukuruz, dok je za druge biljne vrste potreban složeniji pristup, koji kombinira tri tipa metoda različite specifičnosti umnažanja (Slika 1.). Probirne metode podrazumijevaju umnažanje dijela konstrukta unesenoga u genom biljke domaćina bilo da se radi o promotorskim i teminatorskim regijama bilo o samome konstruktu, nositelju novoga svojstva. Takve metode omogućuju identifikaciju neovisnu o biljnoj vrsti i pokrivanje velikoga broja različitih GMO-a, koji u svojem genomu sadrže neke od navedenih sekvenca. S druge strane, GMO specifične metode umnažaju samo mjesto umetanja konstrukta u genom biljke domaćina i omogućuju identifikaciju GMO-a (Hanzer i sur., 2012; Gerdes i sur., 2012.).

image1.png

Slika 1. Prikaz različitih tipova metoda za detekciju genetičkih modifikacija (a: detekcija promotorske i terminatorske regije; b: detekcija GMO konstrukta, c: GMO specifična detekcija).

Figure 1 A presentation of different methods for the detection of genetic modifications (a: detection of promoter and terminator regions; b: detection of GMO constructs, c: GMO‐specific detection).

Trenutačno na svjetskome tržištu postoje stotine različitih modifikacija. Uporaba PCR analiza za svaku od modifikacija nerealna je s obzirom na potrebno vrijeme za takav pristup, kao i trošak. Kontinuirani porast GMO-a traži razvoj strategija koje će omogućiti donošenje zaključka o prisutnosti/odsutnosti što većega broja modifikacija u uzorku s razumnim brojem qPCR analiza (Broeders i sur., 2012.). Uzimajući u obzir trenutačno stanje na europskome tržištu i zahtjeve nacionalnoga zakonodavstva, implementirana je strategija koja kombinacijom svih triju tipova metoda za detekciju omogućuje potpunu pokrivenost trenutačno odobrenih modifikacija, uvažavajući „nultu toleranciju“ na prisutnost GMO-a u sjemenu na području Republike Hrvatske (Rostoks i sur., 2019.). Tablica 2. prikazuje postotak pokrivenosti modifikacija s pomoću dostupnih probirnih elemenata, koji se kreće od 83,33 % za soju do 92,31 % za kukuruz. Kombinacijom elemenata probira i GMO specifičnih metoda moguće je postići 100%‐tnu pokrivenost za ukupno 25 genetički modificiranih soja, 43 kukuruza i 17 genetički modificiranih uljanih repica zastupljenih u registru metoda (Bofini i sur., 2012.).

Tablica 2. Postotak pokrivenosti modifikacija navedenih u GMO registru EU‐a uporabom elemenata probira i kombinacijom elemenata probira i GMO specifičnih metoda.

Table 2 The coverage percentage of modifications listed in the EU GMO register using the screening elements and a combination of the screening elements and the GMO‐specific methods.

Strategija za detekciju GMO

Strategy for GMO detection

Soja

Soybean

Kukuruz

Maize

Uljana repica

Rapeseed

Probirni elementi

Screening elements

p-35S

t-NOS

PAT

Cry1Ab/Ac

t-E9

p-35S

t-NOS

p-35S

t-NOS

t-E9

Pokrivenost

Coverage

83,33%92,31%85,71%

Kombinacija probirnih elemenata i GMO specifičnih metoda

Combination of screening elements and GMO‐specific methods

p-35S

t-NOS

PAT

Cry1Ab/Ac

t-E9

DP-305423-1

BPS-CV127-9

GMB151

p-35S

t-NOS

DAS-40278-9

MON-95379-3

p-35S

t-NOS

t-E9

DP-073496-4

MON-94100-2

Pokrivenost

Coverage

100%100%100%

Pristup detekciji genetički modificiranih organizama koji uključuju probirne elemente u svrhu pokrivanja širokoga raspona modifikacija postao je uobičajen za sve laboratorije koji provode službene kontrole. Uzimajući u obzir specifičnosti na nacionalnoj razini, kao i dostupnost metoda, opreme, visokokvalificiranoga kadra te zahtjeve akreditacijskih tijela, svaki laboratorij u okviru svega navedenoga razvija svoju metodologiju, koja u konačnici mora jamčiti uspješnu provedbu nacionalnoga i europskog zakonodavstva. Temelj svega jest zajednička strategija koju je razvila Europska mreža GMO laboratorija ENGL, takozvani princip matrice, koji je temeljni princip implementiran u rad ovlaštenih laboratorija na području RH (Block i sur., 2013.). Republika Hrvatska ističe se kao zemlja članica EU‐a s izrazito strogim nacionalnim zakonodavstvom te je trenutačno na snazi za područje cijele države takozvana nulta toleranca na sijanje svih GMO-a (Davison i Ammann, 2017.; Commission Implementing Decision (EU) 2016/321, 2016.).

Strategija matrice koja uključuje kombinaciju probirnih elemenata i GMO specifičnih metoda daje jednaku pokrivenost kao i analiza svakoga modificiranog organizma pojedinačno, uz značajno manji broj qPCR analiza, što u konačnici štedi vrijeme i novac. Najznačajnije smanjenje broja analitičkih koraka vidljivo je kod kukuruza, gdje se 43 modifikacije uporabom ove strategije mogu pokriti dvjema qPCR analizama za 92,31 % pokrivenosti, odnosno s četirima za 100 % pokrivenosti. Značajno smanjenje analitičkih koraka je i kod analize uljane repice, gdje je za 100%‐tnu pokrivenost dovoljno pet qPCR analiza, dok je kod soje potrebno osam. Iako smanjenje broja analitičkih koraka kod soje nije toliko značajno kao kod drugih kultura, ono još uvijek nudi rješenje koje će jamčiti potpunu pokrivenost u skladu sa zakonski propisanim zahtjevima, a analiza će ostati u razumnim vremenskim i financijskim okvirima (Slika 2.).

[CHART]

Slika 2. Broj PCR analiza potreban za detekciju modifikacija navedenih u GMO registru EU‐a za najzastupljenije kulture ( slijeva nadesno za svaku biljnu vrstu: GMO specifične metode, probirni elementi, kombinacija probirnih elemenata i GMO specifičnih metoda).

Figure 2 The number of PCR analyses required for the detection of modifications listed in the EU GMO register for the most represented crops (from the left to the right for each plant species: GMO‐specific methods, screening elements, combination of screening elements, and GMO‐specific methods).

ZAKLJUČAK

Primjena matrice za izbor metoda probira nudi sveobuhvatnu analizu prisutnosti genetički modificiranih organizama u sjemenu soje, kukuruza i uljane repice. Kako bi što učinkovitije pokrili modifikacije za koje su metode detekcije dostupne, u skladu s dostupnim resursima implementirana je gore opisana strategija za najzastupljenije poljoprivredne kulture u Republici Hrvatskoj. Uzimajući u obzir nultu tolerancu na bilo kakav sadržaj GMO-a u sjemenu, sama analiza usmjerena je isključivo na detekciju s ciljem maksimalne pokrivenosti, uz razuman utrošak resursa i vremena potrebnoga od zaprimanja uzorka do izdavanja analitičkoga izvješća. Rezultati istraživanja ukazuju da matrica probira omogućuje optimalan odabir strategije u analizi uzoraka i daje zadovoljavajući rezultat, a istovremeno su vrijeme analize i financijski trošak unutar prihvatljivih okvira.

THE STRATEGIES IN THE DETECTION OF GENETICALLY MODIFIED ORGANISMS IN THE SEED ON THE TERRITORY OF THE REPUBLIC OF CROATIA: THE APPLICATION OF THE SCREENING METHOD

LITERATURA

Adresa autora - Authors’ address: Primljeno - Received Ksenija Duka, univ. spec. techn. aliment. 19.02.2024

Dr. sc. Renata Hanzer Revidirano - Revised

e-mail: renata.hanzer@hapih.hr 13.03.2024.

Hrvatska agencija za poljoprivredu i hranu Prihvaćeno – Accepted

19.03.2024.

Centar za sjemenarstvo i rasadničarstvo

Usorska 19 Brijest, Osijek, Hrvatska

References

1 

Angers-Loustau, A., Petrillo, M., Bonfini, L., Gatto, F., Rosa, S., Patak, A., & Kreysa, J. 2014JRC GMO-Matrix: a web application to support Genetically Modified Organisms detection strategies. BMC bioinformatics. 15(1):1–9

2 

Block, A., Debode, F., Grohmann, L., Hulin, J., Taverniers, I., Kluga, L., ... & Morisset, D. 2013The GMOseek matrix: a decision support tool for optimizing the detection of genetically modified plants. BMC bioinformatics. 14(1):1–14

3 

Bonfini, L. 2021In silico proposal of screening strategies for detecting EU authorised GMOs. Publications Office of the European Union.;

4 

Bonfini, L., Van den Bulcke, M. H., Mazzara, M., Ben, E., & Patak, A. 2012GMOMETHODS: The European Union database of reference methods for GMO analysis. Journal of AOAC International. 95(6):1713–1719

5 

Broeders, S. R., De Keersmaecker, S. C., & Roosens, N. H. 2012How to deal with the upcoming challenges in GMO detection in food and feed. BioMed Research International. 2012

6 

Commission Implementing Decision (EU) 2016adjusting the geographical scope of the authorization for cultivation of genetically modified maize ( Zea mays L.)MON 810. p. 81–6. https://eur-lex.europa.eu/eli/dec_impl/2016/321/oj

7 

Davison, J., & Ammann, K. 2017New GMO regulations for old: Determining a new future for EU crop biotechnology. GM crops & food. 8(1):13–34

8 

EC 2024EU Register of authorized GMOs. https://webgate.ec.europa.eu/dyna2/gm-register/

9 

Gerdes, L., Busch, U., & Pecoraro, S. 2012GMO finder—A GMO Screening Database. Food Analytical Methods. 5:1368–1376

10 

Hanzer, R. Prikupljanje i obrada biljnog materijala i metode izolacije DNA. Molekularno oplemenjivanje bilja. 2019

11 

Hanzer, R., Ocvirk, D., Špoljarić Marković, S., & Fulgosi, H. 2012Monitoring of GM soybean in high categories of seed on the Croatian seed market. Agriculturae Conspectus Scientificus. 77(3):127–130

12 

Hardegger, M., Brodmann, P., & Herrmann, A. 1999Quantitative detection of the 35S promoter and the NOS terminator using quantitative competitive PCR. European Food Research and Technology. 209:83–87

13 

Hilbeck, A., Meyer, H., Wynne, B., & Millstone, E. 2020GMO regulations and their interpretation: how EFSA’s guidance on risk assessments of GMOs is bound to fail. Environmental Sciences Europe. 32:1–15

14 

Holst-Jensen, A., Bertheau, Y., De Loose, M., Grohmann, L., Hamels, S., Hougs, L., ... & Wulff, D. 2012Detecting un-authorized genetically modified organisms (GMOs) and derived materials. Biotechnology advances. 30(6):1318–1335

15 

Navarro, E., Serrano-Heras, G., Castaño, M. J., & Solera, J. J. C. C. A. 2015Real-time PCR detection chemistry. Clinica chimica acta. 439:231–250

16 

Querci, M., Van den Bulcke, M., Žel, J., Van den Eede, G., & Broll, H. 2010New approaches in GMO detection. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 396:1991–2002

17 

Regulation (EU) 2017of the European Parliament and of the Council of 15 March 2017 on official controls and other official activities performed to ensure the application of food and feed law, rules on animal health and welfare, plant health and plant protection products. (OJ L 95,. 2017p. 1–142

18 

Rosa, S. F., Gatto, F., Angers-Loustau, A., Petrillo, M., Kreysa, J., & Querci, M. 2016Development and applicability of a ready-to-use PCR system for GMO screening. Food chemistry. 201:110–119

19 

Rostoks, N., Grantiņa-Ieviņa, L., Ieviņa, B., Evelone, V., Valciņa, O., & Aleksejeva, I. 2019Genetically modified seeds and plant propagating material in Europe: potential routes of entrance and current status. Heliyon. 5(2)

20 

Van den Eede, G. 2011Compendium of Reference Methods for GMO Analysis, JRC Reference Report EUR 24526 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg Adresa autora - Authors’. address: Primljeno - Received Ksenija Duka, univ. spec. techn. aliment. 19.02.2024 Dr. sc. Renata Hanzer Revidirano - Revised e-mail: renata.hanzer@hapih.hr 13.03.2024.


This display is generated from NISO JATS XML with jats-html.xsl. The XSLT engine is libxslt.