GENETICKY MODIFIKOVANÝ LEN – PRVNÍ PĚSTOVANÁ GM PLODINA

Chceme vám vyprávět příběh geneticky modifikovaného lnu – příběh z hlediska vědy a šlechtění rostlin krásný a jedinečný, z hlediska života, praxe, obchodu a politiky tristní...


Obr. 1: Kvetoucí pole lnu zdobila krajinu již ve starověkém Egyptě

Znáte len?

Len setý je jednoletá dvouděložná samosprašná rostlina. Jedná se o velmi starou kulturní plodinu (pěstován byl již ve starověkém Egyptě před 10 000 lety), která má mnoho forem a je rozšířena téměř na všech kontinentech v různých klimatických a půdních podmínkách. Len (Linum usitatissimum L.) má tři technologické typy: přadný len (využití na vlákno), olejný len (pěstovaný pro získání oleje) a přechodný olejnopřadný len (dvojí možnost využití). Botanický název lnu vyjadřuje jeho mnohostranné využití (usitatissimum = nejužitečnější) – prakticky celá nadzemní biomasa může být komplexně zpracována na průmyslové, farmaceutické nebo potravinářské produkty.

Lněný olej je používán pro výrobu laků a barev, linolea, biopaliv a plastů. Lněné vlákno je používáno v textilním průmyslu na výrobu tkanin a při výrobě papíru včetně cigaretového, výrobu geotextilií, ale také ve stavebnictví, automobilovém a leteckém průmyslu. Len je rovněž znám pro vysokou nutriční kvalitu svého oleje a jeho blahodárný vliv na lidské zdraví (patří odedávna k léčivým rostlinám), lněný olej je nejbohatší rostlinný zdroj omega-3 nenasycených mastných kyselin. V neposlední řadě je len považován za výborného kandidáta pro fytoremediace a vzrůstá i jeho význam coby energetické plodiny.

Šlechtit se musí – ale jak a kudy dál?

Stejně jako všechny současné odrůdy kulturních plodin jsou i odrůdy lnu výsledkem dlouhodobé lidské činnosti – od intuitivní neolitické selekce až po vědomé křížení a výběr potomstev na základě znalostí biologických zákonitostí genetiky (J. G. Mendelem popsané a později „znovuobjevené“ zákony dědičnosti). Objev DNA coby nositelky genetické informace vedl od poloviny 20. století rovněž k rozsáhlému využití indukované mutageneze (chemomutageneze, radiomutageneze) jakožto sice necíleného, ale poměrně efektivního postupu tvorby nových genotypů. Indukovanou mutagenezí bylo vytvořeno několik tisíc nových odrůd kulturních plodin (včetně některých kultovních kultivarů, např. ječmene ´Diamant´), které na mnoho desetiletí ovlivnily světové šlechtění daných plodin. Genetická rozmanitost, respektive zdroje použitelných genů pro šlechtění (hybridizaci), však začaly být u hlavních kulturních plodin v druhé polovině minulého století postupně vyčerpány a jejich přenosu z taxonomicky příbuzných či nepříbuzných druhů bránily bariéry křížitelnosti. Jistá naděje svitla objevem některých nových technik buněčných manipulací (zejména fúze protoplastů a vytvoření mezidruhových či dokonce mezirodových hybridů), ale experimentální náročnost těchto postupů nevedla k jejich masivnímu využití ve šlechtění (navíc byla omezena jen na několik málo skupin kulturních plodin, např. čeleď Solanaceae). Podobně i další nadějné in vitro techniky, jako je oplození in vitro či kultivace izolovaných embryí („embryo rescue“) po mezidruhové/mezirodové hybridizaci, dosáhly pouze limitovaných výsledků, a to opět pouze u určitých rostlinných čeledí s „vhodnou” morfologií/anatomií reprodukčních orgánů. Až teprve obrovský rozvoj molekulární biologie/genetiky v druhé polovině 20. století vedl v 70. letech k definici technik rekombinantní DNA a de facto vzniku nové technologie, tzv. genového inženýrství, které otevřelo i zcela novou etapu ve šlechtění rostlin.

Genové inženýrství u rostlin – „o čem to je“?

Jaké jsou výhody genového inženýrství oproti klasickým metodám hybridizace a mutageneze? Při klasickém křížení dochází k mísení desetitisíců genů (samozřejmě dle zúčastněných křížených taxonů), a to včetně nežádoucích (ty bohužel převažují). Pak následuje pracný a časově náročný proces eliminace nežádoucích genů/vlastností sérií opakovaných zpětných křížení. Při indukované mutagenezi dochází k necílenému narušení genomu a následnému procesu reparace DNA – pouze změny, které nejsou ve svém důsledku letální, poskytnou potomstvo, v němž lze ve velkých populacích nalézt jedince se šlechtitelsky využitelnými změnami (frekvence 10–4) – většina změn je negativních/nevyužitelných. I mutageneze tak představuje časově a prostorově náročný proces.


Obr. 2: Kultura mnohonásobných prýtů – vkládání genů (genetická transformace) se realizuje v in vitro podmínkách na úrovní explantátových kultur


Obr. 3: Ukázka ověření úspěšného vložení cizího genu (=transgenu) pomocí barvení - modrý prýt je důkazem přítomnosti vloženého genu

Naproti tomu technikami transgenoze vnášíme do již kvalitního genetického základu (např. výkonná registrovaná odrůda dané plodiny) většinou jeden gen (recentně i více genů současně) pro požadovanou „deficientní“ vlastnost, a to napříč říšemi živých organismů (rostlina – rostlina, mikroorganismus – rostlina, živočich – rostlina). Klíčovým benefitem transgenoze je tedy zejména absence zdlouhavého zpětného křížení v případě hybridizace či absence práce s rozsáhlými populacemi rostlin v případě indukované mutageneze.

Den trifidů

Když Johnu Wyndhamovi vydalo nakladatelství Doubleday & Company v New Yorku v roce 1951 kultovní sci-fi román Den trifidů (The Day of the Triffids), nemohl autor tušit, že o 45 let později (1996) bude v Kanadě registrována na světě první geneticky modifikovaná polní plodina, a to odrůda olejného lnu symbolicky a s trochou nadsázky nazvaná CDC Triffid. Biotechnologický ústav a Univerzita ve Saskatoonu (její šlechtitelské oddělení CDC: Crop Development Center) představovaly na přelomu 70. a 80. let minulého století světovou špičku v oblasti rostlinných biotechnologií a pochopitelně zachytily nový trend genového inženýrství. Spolu s obilovinami a luskovinami (včetně sóje) představoval olejný len v této době v Kanadě významnou zemědělskou i exportní komoditu a k dispozici tedy byly i dostatečné finance na základní a aplikovaný výzkum těchto plodin. Tým Dr. Alana McHughena již v polovině 80. let zvládl techniku agrobakteriální genetické transformace lnu a následně se zaměřil na tvorbu herbicid-tolerantních linií (glyfosát, glufosinát, sulfonylmočovina).

Na přelomu 80. a 90. let byly k dispozici první výsledky polních testů, což vedlo v r. 1996 k registraci GM lnu CDC Triffid jako vůbec první GM plodiny na světě. Odrůda byla tolerantní k herbicidům na bázi sulfonylmočoviny (chlorsulfuron – Glean) a měla zejména schopnost přežívat na polích s rezidui těchto herbicidů po předchozích plodinách. Celá „Triffid story“ je příkladem rychlého a elegantního převodu výsledků základního výzkumu do praxe. Další konsekvence jsou sice stejně rychlé, avšak již tristní. Legislativa, ale zejména spotřebitelská veřejnost nebyly připraveny na takto rychlý pokrok výzkumu a šlechtění – jinými slovy: vědecký pokrok předběhl legislativu a mentální připravenost společnosti. I když odrůda Triffid obdržela registraci v Kanadě a v USA, Evropa (reprezentovaná EU) se rozhodla zastavit import kanadského olejného lnu, pokud bude cv. Triffid komercionalizován (tedy zařazen do standardní produkce). To byl ze strany EU podpásový obchodní úder – a tak Flax Council of Canada a Saskatchewan Flax Development Commission rozhodly v r. 2001 o deregistraci odrůdy Triffid, což je zcela bezprecedentní a unikátní krok v dlouhé historii šlechtění rostlin. Naštěstí další GM plodiny vytvářené v Novém světě (sója, kukuřice, bavlník) měly již lepší osud a v současnosti dominují světové produkci (ale to je již jiný příběh). Nicméně, z vědeckého a šlechtitelského úhlu pohledu již GM len zůstane „pionýrskou“ GM plodinou v historii.

Pokrok úředně nezastavíš – vědci versus úředníci

Bez ohledu na smutný osud odrůdy Triffid se světová vědecká komunita stále intenzivně výzkumu GM lnu věnuje. Překvapivě se tak děje hlavně v konzervativní EU, a to zejména v Polsku, Francii či České republice, zemích s dlouhou tradicí výzkumu, šlechtění, pěstování a zpracování lnu.Tento výzkum probíhá u přadného lnu v oblasti kvality vlákna (modifikace elasticity a termoplastických vlastností, směřování k biodegradabilním syntetickým materiálům) a využití pro fytoremediaci půdy kontaminované těžkými kovy a organickými polutanty. U olejného lnu se jedná zejména o změny obsahových látek semene (flavonoidy, omega-3 mastné kyseliny, lignany) s preventivním účinkem proti hypertenzi a některým degenerativním onemocněním. V agronomickém kontextu se samozřejmě intenzivně studuje odolnost vůči herbicidům, houbovým chorobám, hmyzím škůdcům a abiotickým stresovým faktorům (zejména suchu).
Je smutné, že vědci musí kličkovat, aby vyhověli úředníkům či uspokojili veřejnost. Ačkoliv bylo opětovně prokázáno (viz komplexní studie z května 2016, USA; http://nas-sites.org/ge-crops), že GM či biotech plodiny (po 20 letech praxe) jsou stejně bezpečné vůči lidskému zdraví jako plodiny konvenční, EU legislativa stále přešlapuje na místě. Proto výzkumníci hledají postupy akceptovatelnější pro veřejnost – tzv. nové metody šlechtění, např. intragenoze či cisgenoze jako alternativu ke klasické transgenozi. Princip spočívá v tom, že rostliny mohou být transformovány pouze genetickým materiálem vlastního druhu či druhů příbuzných a vzájemně křížitelných. Zcela novou etapou jsou pak progresivní techniky cíleného genového inženýrství nazývané též editování genomu (TALENs, ZFNs, CRISPR/Cas) – ale to je již nad rámec tohoto článku.


Obr. 4: Označený pozemek s GM lnem - pěstování geneticky upraveného lnu musí splňovat přísná kritéria daná legislativou ČR a EU


Obr. 5: Areál firmy Agritec s přilehlými pokusnými pozemky – původně Kaiser Wilhelm Institut für Bastfaserforschung, vybudovaný již v roce 1942

GM len v Česku

Společnost AGRITEC, výzkum, šlechtění a služby, s.r.o., Šumperk se zabývá komplexním agrobiologickým výzkumem a šlechtěním lnu více než 70 let. V 80. letech minulého století zahájila výzkum rostlinných biotechnologií a v polovině 90. let rovněž výzkum genetické transformace lnu. Největšího pokroku bylo dosaženo při tvorbě GM lnu určeného pro fytoextrakci těžkých kovů, který je od r. 2009 testován na základě povolení EU (EFSA) v polních podmínkách a vykazuje zvýšený příjem kadmia oproti kontrolní (parentální) linii. Jedná se o první povolení pěstování GM lnu v EU a druhé ve světě po Kanadě.

Povolení k polnímu testování předcházely rozsáhlé testy environmentální bezpečnosti (přenos pylu, křížitelnost s příbuznými druhy v rámci rodu Linum, přežívání výdrolu v polních podmínkách atd.), které se staly součástí žádosti o povolení polních testů. Tento GM len by měl na základě fytoremediační filozofie přispět k čištění zemědělské půdy od těžkých kovů a k jejímu návratu pro pěstování potravinářských komodit. Kontaminovaná biomasa pak může být bez problémů (splnění norem) využita jako průmyslová (=nepotravinářská) surovina, čímž farmář/pěstitel lnu na kontaminované půdě neztrácí zisk.

Světlo na konci tunelu?

Svět je plný paradoxů. Namísto aby společnost jásala, jaké vědci připravili pro své kolegy šlechtitele elegantní a efektivní metody tvorby nových odrůd, vymýšlejí se důvody (vědecky zcela nepodložené), proč tyto aktivity brzdit. Šlechtitelé rostlin, kteří by chtěli využít moderní techniky transgenoze, se dostávají do nevýhody, neboť zkoušení a registrace GM či biotech plodin jsou několikanásobně finančně náročnější než registrace konvenčně vyšlechtěných plodin. Nicméně – snad se blýská na lepší časy? Recentní dlouhodobé exaktní studie dokazují, že GM plodiny/potraviny jsou stejně bezpečné jako ty konvenční. Ani EU nemůže donekonečna tato fakta ignorovat. Snad i GM len, jako první registrovaná GM polní plodina na světě, v tomto příběhu sehrál svoji důležitou, i když trochu nešťastnou roli.

Autoři:
Ing. Miroslava Vrbová, Ph.D. (AGRITEC Plant Research s. r. o. Šumperk, Oddělení luskovin a technických plodin; vrbova@agritec.cz),
RNDr. Miroslav Griga, CSc. (AGRITEC Plant Research s. r. o. Šumperk, Oddělení biotechnologie; griga@agritec.cz
)

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •