Наночастицы в продуктах питания
На прошлой неделе Германский союз защиты окружающей среды и природы – немецкое отделение влиятельной международной экологической организации «Друзья Земли» – представил в Берлине отчёт об использовании наночастиц в пищевой промышленности. Помимо немецких специалистов, в исследовании принимали участие учёные других европейских стран, а также Австралии и США. Опубликованный теперь итоговый документ под броским названием «Из лаборатории – в тарелку» особого оптимизма не внушает. Исследователи выявили 93 наименования пищевых продуктов, в которых присутствуют те или иные наночастицы. Однако авторы работы подчёркивают, что это – лишь верхушка айсберга: по оценкам экспертов, в мире уже сегодня насчитывается до 600 продуктов питания и до 500 разновидностей продовольственных упаковок с нанодобавками. Самое же прискорбное – то, что пока нигде в мире не существует нормативных документов, которые регламентировали бы использование нанотехнологий в пищевой и косметической отраслях. Нет законов, которые устанавливали бы требования к специальным тестам для наночастиц. И даже маркировка наноизделий, включая продовольственные товары, не предусмотрена. Уже поэтому представленный в Берлине документ вселяет тревогу.
Слово «нанотехнологии», ещё несколько лет назад практически неизвестное неспециалистам, сегодня у всех на слуху. Но одно дело – использование тех или иных технологий в производстве, и совсем другое дело – товары, содержащие наночастицы. Напомню, что наночастицы – это чрезвычайно малые частицы вещества, линейные размеры которых составляют от одного до ста нанометров, а нанометр – это одна миллионная доля миллиметра. Для наглядности добавлю, что диаметр красных кровяных телец составляет 7 тысяч нанометров, диаметр человеческого волоса – 80 тысяч нанометров. Особенность наночастиц состоит в том, что их физические и химические свойства порой весьма существенно отличаются от свойств более крупных порций того же самого вещества, что и открывает перед промышленностью совершенно новые перспективы. Но у этой нанореволюции есть и изнанка, – говорит доктор Вольфганг Крайлинг (Wolfgang Kreyling), биофизик-токсиколог Научного центра по изучению проблем окружающей среды и здоровья Общества по защите от облучения в Нойерберге близ Мюнхена:
Мы полагаем, что появление новых продуктов на базе нанотехнологий будет носить взрывной характер. Это вполне сравнимо с появлением компьютера. А потому мы должны уже сегодня разработать методы оценки рисков и опасностей, исходящих от этих новых разработок.
Каковы же эти риски и опасности? Не ядовиты ли наночастицы при попадании в пищеварительный тракт? Как они действует на кожу? Что будет, если их вдохнуть? Точных ответов на эти вопросы пока нет. Но уже есть основания полагать, что наночастицы отнюдь не безвредны. Ещё в 90-е годы прошлого века, когда резко подскочила популярность легковых автомобилей с дизельными двигателями, учёные-токсикологи всерьёз заинтересовались мелкодисперсными пылями и вскоре пришли к выводу, что содержащиеся в выхлопных газах частицы сажи опасны для здоровья, причём чем мельче, тем опаснее. Сегодня многие эксперты полагают, что наночастицы в этом отношении ничуть не лучше. В отделении ингаляционной биологии своего Научного центра Вольфганг Крайлинг проводит опыты на крысах, примешивая к вдыхаемому ими воздуху наночастицы иридия, производимые сегодня в промышленных масштабах. Решающим фактором для исследователя в данном случае является не химический состав, а размер частиц. Чтобы можно было проследить их путь внутри организма, каждая наночастица помечена специальным радиоактивным маркером. Учёный поясняет:
Затем по прошествии определённых временных интервалов – или сразу, или спустя час, или два, или шесть, или сутки, или даже несколько суток, – мы смотрим, как наноматериал, изначально попавший только в лёгкие, распределился внутри организма. Мы используем высокочувствительную аппаратуру для измерения уровня радиоактивности различных проб тканей. Спустя 24 часа мы обнаруживаем наночастицы иридия даже в головном мозге.
А ведь головной мозг надёжно защищён от проникновения извне посторонних веществ и микроорганизмов так называемым гемато-энцефалическим барьером. Преодолеть этот барьер неспособны даже медикаменты. Однако для наночастиц он не преграда. Вольфганг Крайлинг говорит:
Количества, которые мы идентифицируем, порой составляют всего лишь одну десятитысячную того количества, что изначально попало в лёгкие, однако мы обнаруживаем эти частицы в самых разных органах и тканях. Если принять исходное количество наночастиц во вдыхаемом воздухе за 100 процентов, то в печени оказывается примерно 1 процент частиц, в головном мозге – чуть меньше 0,1 процента.
Итак, из тысячи частиц, оказавшихся в лёгких, одна попадает в мозг, десять – в печень. А как обстоит дело с безопасностью эмбриона в матке?
Это был следующий вопрос: могут ли наночастицы через плаценту матери проникнуть в плод? Мы провели эксперименты на беременных крысах, и оказалось, что частицы накапливаются и в плаценте, причём в довольно значительном количестве. А оттуда некоторые частицы попадают в эмбрион. То есть плод защищён отнюдь не так надёжно, как мы это себе представляли.
Эксперименты свидетельствуют о способности наночастиц с невероятной лёгкостью преодолевать защитные механизмы и преграды организма. Да, собственно говоря, и в лёгкие-то частицы обычной пыли попасть не могут: клетки выстилающего дыхательные пути так называемого мерцательного эпителия снабжены особыми волосками-ресничками, которые, сгибаясь и разгибаясь, выводят частицы пыли, попавшие с воздухом в лёгкие, наружу. Однако против наночастиц они, судя по всему, бессильны. Затем – путь из лёгких внутрь организма. Обычно любого вторгшегося сюда пришельца встречает целая армия клеток иммунной системы – и нейтрализует его. Но наночастицы и здесь оказываются практически неуязвимыми. Проникая всё дальше, они вызывают целый каскад биохимических реакций.
И в результате возникают воспалительные процессы, которые, как мы предполагаем, могут, в конечном счёте, стать серьёзной угрозой для здоровья.
Тем более тревожит тот факт, что наночастицы попадают в косметические препараты и даже в пищевые продукты, не пройдя тестов на безопасность. Вернее, они проходят предписанный законом цикл испытаний, но Вольфганг Крайлинг сомневается в том, что эти тесты вообще имеют смысл применительно к наночастицам. Скажем, испытания солнцезащитного крема производятся на здоровой коже, что далеко не в полной мере отражает реальность. А как нанокрем влияет на тонкую детскую кожу? На травмированную кожу? На кожу людей, страдающих аллергиями или экземами?
Напрашивается предположение, что травмированная кожа более проницаема. По крайней мере, точно известно, что при наличии раны даже относительно крупные частицы быстро проникают в кровоток. Но подробных исследований на сей счёт не было. Понятно, что стандартизировать подобные испытания трудно, и именно по этой причине они пока не проводятся. Однако это не оправдание, тем более что солнцезащитные и прочие косметические средства на базе наночастиц применяются уже очень широко.
То же самое относится и к продуктам питания. Кетчуп, майонез, овощные супы в пакетиках или сахарная пудра содержат наночастицы, повышающие текучесть и сыпучесть этих продуктов. В производстве колбасных изделий применяются нанокапсулы, содержащие консерванты, красители и вкусовые вещества. Такие же нанокапсулы, но заполненные витаминами и минеральными веществами, добавляются в хлебобулочные изделия и в прохладительные напитки. Нанотехнологии всё шире используются в производстве удобрений и пестицидов, а в производстве холодильников получили распространение антибактериальные нанопокрытия на основе ионов серебра. Как всё это отражается на здоровье человека, до сих пор неясно.
В декабре прошлого года Берлинский институт оценки рисков представил свою стратегию научных исследований в области наноматериалов. Один из разработчиков программы – доктор Рольф Хертель (Rolf Hertel) – говорит:
В своей стратегии мы приходим к выводу, что нам следует обратить внимание на целый ряд факторов, которые при обычном испытании на безопасность мы, как правило, не учитываем. Я имею в виду идентификацию наночастиц и определение их особых физико-химических свойств. Для правильной оценки риска очень важен, конечно, вопрос экспозиции: с какими конкретно наночастицами потребитель действительно так или иначе соприкасается. И тут необходимо внимательно изучить вопрос, возможно ли вообще проникновение наночастиц в организм человека с пищей. Ведь наночастицам, как известно, свойственна очень высокая реакционная способность, так что они склонны слипаться, образуя агломераты. В результате мы имеем дело со структурами, линейные размеры которых оказываются уже в микрометровом, а не в нанометровом диапазоне. Примером тут могут служить добавки, повышающие сыпучесть поваренной соли и разных приправ.
Доктор Крайлинг с этим тезисом не согласен:
Всё не так просто. В принципе это, конечно, верно, однако оказавшись в живом организме, эти относительно крупные структуры вполне могут распасться на отдельные наночастицы. Во всяком случае, это не исключено. Мы просто этого пока не знаем.
Поэтому сегодня в некоторых лабораториях уже исследуют взаимодействие наночастиц с клетками организма человека, используя для этого довольно простые тесты. Мы выращиваем клеточные культуры той или иной ткани в чашке Петри, затем добавляем в питательную среду наночастицы, помеченные флуоресцентным красителем, и смотрим, что получится, – говорит Анна фон Микец (Anna von Miekecz), сотрудница Института по изучению воздействия окружающей среды на здоровье человека при Дюссельдорфском университете:
Эти частицы очень быстро, в считанные минуты, проникают в цитоплазму. Чтобы внедриться в ядро, им требуется несколько больше времени – около двух часов. Но такие барьеры, как клеточная оболочка, для них, похоже, вообще не преграда.
Спрашивается, как это отразится на жизнедеятельности всего организма? Ясно, что наночастицы, обладающие высокой реакционной способностью и разрушающие едва ли не любую молекулу, с которой они соприкасаются, нанесут живой клетке колоссальный урон. Именно поэтому Анна фон Микец выбрала для своих опытов вроде бы совершенно безобидное соединение – диоксид кремния, широко применяемый фармацевтической промышленностью при изготовлении внешней оболочки витаминных пилюль. Но оказалось, что эти наночастицы, накапливаясь внутри клеточного ядра, приводят к образованию в нём неких белковых агрегатов. А это имеет катастрофические последствия:
Мы видим, что клетка впадает в своего рода состояние покоя, перестаёт расти. И это состояние необратимо. Клетка как бы засыпает и больше уже не просыпается.
Кроме того, образование внутриклеточных белковых агрегатов – симптом, типичный для таких заболеваний как хорея Хантингтона или болезнь Паркинсона. То есть наночастицы вызывают патологические изменения в клетке, и эти изменения точно соответствуют тем, что ассоциируются с нейродегенеративными заболеваниями. Но Рольф Хертель не видит повода для паники. Пока не видит:
В отношении субстанций, с которыми мы сталкиваемся сегодня, есть все основания считать, что исходящая от них угроза не столь велика, как это нередко пытаются изобразить. Другой вопрос, как обстоит дело с новыми веществами, ещё не появившимися на рынке и не встречающимися в природе.
Это очень тревожит медиков, но они просто не поспевают за прогрессом в сфере нанотехнологий, – признаёт Анна фон Микец:
Это действительно проблема: синтез и внедрение наночастиц заведомо требуют меньше времени, чем их проверка на цитотоксичность.
Разработка теста занимает от года до трёх – для каждой разновидности наночастиц. О том, чтобы эти тесты стандартизировать, пока и речи нет. Дело осложняется тем, что производители наночастиц, ссылаясь на технологические секреты, не сообщают важную информацию о своей продукции. А учёные пока даже не знают, что именно делает наночастицы опасными – то ли их размеры, то ли структура, то ли химический состав или какие-то иные свойства.
Казалось бы, частично снять остроту проблемы могло бы введение обязательной маркировки продуктов, содержащих наночастицы. Однако дело обстоит не так уж просто, – говорит Рольф Хертель:
Обязательная маркировка предполагает, что производитель точно знает, какие ингредиенты он должен указывать на упаковке. Тут особое значение обретает вопрос дефиниции. Сейчас над ним ведётся активная работа. Ещё один важный аспект – это надзор. Если я требую от производителей, чтобы они декларировали наличие тех или иных компонентов в своих продуктах, то я должен располагать механизмом контроля, который даст мне уверенность, что мою требование соблюдается. Однако это очень сложно. Ну, скажем, копчёная рыба, да и вообще любые копчёности, или блюда, приготовленные на гриле, обретают свои вкусовые свойства, в значительной мере, за счёт наночастиц, проникающих в них извне вместе с дымом. Они что, тоже подлежат обязательной маркировке? И как я их должен декларировать? Или другой пример: гомогенизированное молоко. Технология гомогенизации приводит к тому, что количество наночастиц в молоке существенно возрастает. Не забывайте, что молоко – это эмульсия, и размеры частиц этой взвести как раз оказываются в нанодиапазоне. Так как мне быть с молоком? Указывать на наличие в нём наночастиц или не указывать?
Оптимальным представляется вариант, при котором производители пищевых продуктов и прочие фирмы, применяющие нанотехнологии, подписали бы своего рода мораторий на использование наночастиц и вообще веществ, не прошедших полный цикл испытаний на безопасность. Однако насколько это реально? Рольф Хертель говорит:
Это вопрос действующего законодательства. В Германии закон разрешает производство и сбыт только безопасных продуктов, то есть таких, которые не наносят ущерб здоровью потребителя. По нашим сведениям, подавляющее большинство производителей придерживаются этих правил. Если же вдруг окажется, что какой-то производитель использовал наночастицы, вредные для здоровья потребителя, то он должен будет отвечать по всей строгости закона.
Звучит грозно, однако производители продовольствия до сих пор не выказали готовности отказаться от нанотехнологий.