GENETICKY MODIFIKOVANÉ ROSTLINY


Obr. 1: Asyrská božstva symbolicky opylující palmu datlovou

Monsatan. Frankensteinovy potraviny. Trojský kůň genových inženýrů… Tak a podobně označují geneticky modifikované (GM) plodiny jejich odpůrci. Proč a jak si část zejména evropské laické i odborné veřejnosti vytvořila takový přístup k nejmodernější metodologii šlechtění kulturních rostlin?

Začátky existence prvých domestikovaných rostlin, sloužících člověku jako potravina, klade současná věda zhruba do doby před osmi až deseti tisíci lety. Shoduje se vcelku i v názoru na technologii jejich vzniku. Spontánní mutageneze či nahodilá vzdálená hybridizace, následované zprvu intuitivní, pak již cílenou selekcí, vedly k ustálení prvotních rostlinných populací a později odrůd, kultivarů.

Koneckonců, postupy snad cíleného křížení, přinejmenším opylování například palmy datlové, máme již dokumentovány na dávných asyrských reliéfech, v současné době vystavovaných v Louvru.

Poznatky J. G. Mendela a jeho následovníků daly klasickému šlechtění rostlin a živočichů potřebný základní teoretický rámec. Nedovolily však překročit zásadní omezení, daná mechanismy „přirozené“, evolučně podmíněné nekřižitelnosti dokonce i velmi blízkých rostlinných druhů. Příkladem mohou být mj. různé druhy tuberózního bramboru, během své evoluce trvale izolované v různých horských oblastech jihoamerických And. Navzájem křížit se odmítají – a jejich využitelnost coby genových zdrojů pro různá rezistenční šlechtění, např. vůči virozám, je tak minimální.

Obecným handicapem standardního šlechtění je však i v případě křižitelnosti různých rodičů jeho značná časová náročnost. Při výrazné heterozygotnosti, což je opět případ kulturního (lilku) bramboru (Solanum tuberosum L.), je pro ustálení požadovaného znaku a jeho „očištění“ od současně vnesených znaků/genů nežádoucích potřeba období až patnácti let. Trvalým přáním šlechtitelské praxe tak byly a jsou postupy, jež by tuto dobu podstatně zkrátily.


Obr. 2: Tabák (Nicotiana tabacum) – pro biotechnology jsou různé druhy tabáku oblíbeným pokusným modelem již téměř sto let

V tomto kontextu nabídly zásadní naději techniky využívající rekombinantní DNA a umožňující tzv. přímý přenos izolovaných a detailně definovaných genů (transgenozi) u nejrůznějších živých organismů. Slovník vědců i masmédií se tak v osmdesátých letech minulého století obohatil o zkratky GMO (geneticky modifikovaný organismus) či GM techniky. Nejprve ve sklenících a na uzavřených pokusných políčkách, později pak na „velkých širých lánech“, dosahujících celosvětově více než 170 milionů hektarů (resp. 10 % obdělávané plochy), byly a jsou pěstovány GM plodiny již několika desítek rostlinných druhů s nejrůznějšími „uměle“ vnesenými geny nejen rostlinného či bakteriálního, ale též živočišného, ba lidského původu.

Tou první vlaštovkou, zatím bez komerčního využití, byl v roce 1986 tabák s vneseným genem proteinu fazeolinu (z Phaseolus vulgaris).

V současnosti nejrozšířenější GM plodinou je zřejmě kukuřice s vloženým BT genem bakteriálního původu (Bacillus thuringiensis), činícím ji odolnou vůči škodlivému motýlku zavíječi kukuřičnému. Její příběh bychom mohli označit za modelový pro celou problematiku přípravy i využití GM plodin, jejich ekonomického i ekologického přínosu i rizik a pro vztah laické i odborné veřejnosti k nim.

Patogenní mikroorganismus Bacillus thuringiensis napadá, přísně druhově specificky, larvální stadia (např. housenky) různého typu hmyzu – motýlů, blanokřídlého a dvoukřídlého hmyzu a brouků. Postupně je zabíjí svým cry-toxinem, jenž při vazbě na různé receptory proděraví výstelku jejich střev. Pro jakékoliv obratlovce je neškodný.

Účinek BT toxinů je znám již od počátku minulého století a ty se tak záhy dočkaly i praktického využití. Ve Francii třicátých let byl na základě usmrcených bakteriálních BT kultur prodáván příslušný (bio- … tehdy se tomu tak ale ještě neříkalo) insekticid. Ti starší mezi námi mohou pamatovat přípravek BATURIN, vyráběný a třebas na výstavách Země živitelka nabízený Agrokombinátem Slušovice.

Současná skripta ekologického zemědělství MŽP (Urban et al., 2003) doporučují jako účinné biopesticidy BT přípravky Biobit XL a Biobit WP (BT varieta kurstaki) proti škodlivým motýlům či Novodor (BT varieta tenebrionis) proti broukům… Výhodné jsou zejména pro skleníkové hospodářství. Ale na poli – znáte to. Nutno se postřikem strefit do toho správného vývojového stadia škůdce a doufat, že dříve nepřijde vítr či déšť.

Není proto divu, že se první komerčně využitelná GM „protizavíječová“ kukuřičná linie MON 810 setkala zhruba před 20 lety s obrovským nejen ekonomickým, ale také ekologickým úspěchem. Příslušný toxin si vyráběla sama, v podstatě ve všech pletivech. Neškodila žádnému jinému hmyzu, kromě dotyčného zavíječe. Farmářovi chránila úrodu – a výrazně omezila, ne-li zcela vyloučila, potřebu použití konvenčních insekticidů.


Obr. 3: Kukuřice (Zea mays) – zejména ve svých „hmyzuvzdorných“ BT formách celosvětově nejvíce využívaná GM plodina

Modernější linie BT kukuřic mají v prvé řadě výrazně sníženou schopnost tvořit BT toxin v prašnících – a tedy v pylu. Brání tak nežádoucímu (legislativně, přírodě to nevadí) šíření BT genu do sousedních lánů, třeba těch patřících ekologicky hospodařícím zemědělcům. Naopak, jsou jim spíše bezplatnou pomocí, neboť fungují jako lapač a zabíječ pro larvy vyvíjející se z vajíček nakladených samičkami zavíječů, které se bezpečně vyvinuly právě na těchto eko-lánech.

Již před pěti lety publikovaná studie čtrnáctiletého výskytu populací zavíječe v pěti státech USA pěstujících BT kukuřici prokazuje mj. ekonomickou úsporu bezmála sedmi miliard dolarů, z toho dvě třetiny ušetřili právě ekologičtí farmáři, dražší BT osivo nekupující. Výskyt zavíječe klesl o 23 až 75 %.

Moderní BT kukuřice obsahují i více alternativních cry – genů. Snižuje se tak významně riziko vzniku rezistentních hmyzích populací, navíc je možné kombinovat odolnost k zavíječi s odolností vůči dalším škůdcům (třeba brouku bázlivci). Nadto během zmíněných dvaceti let byla zemědělské praxi předána více než desítka dalších BT plodin s potravinářským i technickým využitím. Patří mezi ně zejména bavlník a tabák, ale také brambor, rýže a baklažány. Celosvětově mají mnoho příznivců, ale také odpůrců. Jejich argumenty mají – i nemají – své racionální jádro. Realita je však (zatím?) nepotvrzuje. Uveďme si dva typické příklady.

První léta bylo pěstování BT kukuřice na severoamerickém kontinentu provázeno mj. obavou z možných výjimek druhově specifického působení dané BT serovariety. Co když budou ohroženy i příbuzné či dokonce nepříbuzné motýlí druhy? Jmenovitě kultovní motýl monarcha, jehož pravidelné tahy ze severu Severní Ameriky až do Mexika a zpět patří každoročně k místnímu krajinnému koloritu? Obava se ale nepotvrdila, naopak. Dlouhodobě snížené použití konvenčních insekticidů napomohlo k zesílení jeho populací.

K těm možno říci filozofickým námitkám patří argument: GM techniky, postavené na principu horizontálního genového transferu (HGT), jsou přírodě cizí. Jenže naprostá většina dnešních transgenních technik je založena na využití přirozeného přenašeče, tedy půdní bakterie Agrobacterium tumefaciens. Její mimochromozomální (plasmidová) DNA svojí inzercí do chromozomu rostlinné buňky způsobuje v hostiteli tvorbu nádorů (crown-gallů), v nichž se poté bakterie množí. Genoví inženýři používají tentýž vektor, zvaný Ti-plasmid, jen tzv. odzbrojený, tj. zbavený původních hormonálních onkogenů. Na jejich místo pak zasadí příslušný žádaný gen – v tomto případě BT.


Obr. 4: Povijnice batátová (Ipomoea batatas) – více než 8000 let stará, přirozeně geneticky modifikovaná/transgenní, celosvětově používaná plodina

Zcela recentně byla ve špičkovém časopise PNAS publikována práce prokazující, že genom zřejmě všech současných odrůd kulturního sladkého bramboru (Ipomea batatas) obsahuje sekvence homologní ke dvěma různým úsekům plasmidové DNA, původem z Agrobacterium tumefaciens i blízkého Agrobacterium rhizogenes. Začlenily se do něj spontánně během fylogeneze, a to mechanismem nazývaným horizontální genový transfer (HGT). U různých planých druhů tuberózních Ipomea batatas nalezeny nebyly.

Jejich biologická funkce není zatím známa, nevíme ani, jak napomohly dávné domestikaci této rostliny. Na každý pád můžeme ale uzavřít, že se v genomu kulturního sladkého bramboru udržují již od počátku jeho existence, tedy zhruba deset tisíc let. Deset tisíc let lidstvo konzumuje tuto přirozeně transgenní plodinu – zřejmě bez negativního účinku na své zdraví. Poopraví jeho dosud nedůvěřivá část svůj názor na Frankensteinovy potraviny?

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

Autor:
prof. RNDr. Zdeněk Opatrný, CSc. (opat@natur.cuni.cz; Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy)

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