G-M-O. Tři písmena jitří emoce už více než 20 let. Existuje pro anti-GMO protesty legitimní důvod, nebo jde jen o tradiční strach z neznámého? Máme se bát invaze zmutované sóji, která nám způsobí nádory, nebo vyzdvihovat možnosti geneticky modifikovaných superpotravin? A jsou geneticky modifikované plodiny ekologickou hrozbou, nebo odpovědí na environmentální problémy?
V každé buňce, ať už v buňce hlávkového salátu, našeho mozku nebo spodku nožičky brouka z čeledi chrobákovitých koulícího novou „kuličku hnoje“, najdeme jádro. A v každém jádře základní molekulu pozemského života – DNA. Deoxyribonukleová kyselina, kterou tvoří čtyři základní stavební kameny, takzvané báze – adenin, guanin, thymin a cytosin, tedy A-G-T-C. Čtyři písmena, jejichž pořadí tvoří to, čemu říkáme genetický kód.
Během života buněk se jazyk DNA, tedy pořadí jejích bází, přepisuje při procesu transkripce do pořadí bází jiné kyseliny – RNA, kyseliny ribonukleové. Tu tvoří báze skoro stejné jako báze DNA, pouze thymin je v ní nahrazen uracilem, místo T je v ní U. RNA je pak přepsána v procesu translace do struktury proteinů neboli bílkovin, tedy do pořadí aminokyselin, které tvoří jejich řetězec. Ať už do pořadí aminokyselin proteinů, které tvoří těla buněk, do enzymů umožňujících rozličné biochemické reakce nebo třeba do hormonů.
DNA-RNA-protein, AGTC-AGUC-aminokyseliny – pořád stejné pořadí, které aplikují buňky bakterie stejně jako buňky slona. Přestože výsledky jsou tak rozdílné, základnímu jazyku své DNA rozumí stejně. Jinými slovy, sekvence DNA tvoří jakési přirozené biologické esperanto, pomocí kterého se může dorozumět každá buňka Země. A to celé tvoří mechanismus, díky kterému může fungovat genetická modifikace. Bohudík. Nebo ne?
Ryba v rajčeti. Rajče v rybě. Jak se dělá GMO?
Přestože je určitá genová manipulace – selektivní rozmnožování a nověji také cílená mutageneze (o té později) – spjata s úspěšným zemědělstvím od jeho prvopočátku, geneticky modifikované plodiny jsou přeci něco trochu jiného. GMO jsou takové organismy, jejichž genetická informace byla cíleně upravena za pomocí moderních technik genetického inženýrství, což je typicky vnášení nových genů do organismu, nebo naopak jejich odstraňování. Přestože pojem GMO se nejčastěji zmiňuje v souvislosti s moderním zemědělstvím (a ještě častěji s protesty proti němu. A taky s „Monsatanem“.), ve skutečnosti se cílené organismy mnohem více využívají v odvětvích jiných – třeba ve farmaceutickém průmyslu při produkci léčiv (například inzulinu) nebo v potravinářství při syntéze enzymů. V obou případech se využívají jednoduché organismy (bakterie nebo kvasinky), do kterých je vpraven gen pro produkci potřebné bílkoviny, kterou pak takto upravené buňky vytvářejí v množství větším než malém. A to za cenu velmi přijatelnou a v hygienické čistotě, která předčí jejich původní přírodní zdroj, což je v případě inzulinu slinivka prasat nebo telecí žaludky, ze kterých se jinak získává chymosin na výrobu sýrů.
Přestože geneticky modifikované organismy bez většího povšimnutí už roky zachraňují pacienty i některá odvětví průmyslu, genetická modifikace plodin určených přímo na náš talíř zvládá léta spolehlivě vyvolat „pořádné haló“, kdykoliv se téma otevře. Pokud máme jako společnost zodpovědně přemýšlet nad tím, zda je možnost genetické modifikace dar vědy, nebo ďáblův nástroj, je nejprve nutné si řádně nastudovat, co se pod tajemným pojmem doopravdy skrývá. Zejména proto, že možnosti vědy se za dobu hašteřivých hádek posunuly do míst, kde je z počátku nikdo nečekal. A v zodpovědné debatě o budoucnosti zemědělství je potřeba debatovat spíše o tom, co bude zítra, než o tom, co (možná) bylo před 20 lety.
Trans-kytka
Nejklasičtějším způsobem genetické modifikace plodin je přenos genů z nepříbuzných (nebo velmi vzdáleně příbuzných) organismů, takzvaná transgeneze. Takový postup vyžaduje nejprve nalezení cílovésekvence, tedy identifikaci genů zodpovědných za produkci těch správných proteinů, které jsou potřebné pro vysněnou vlastnost – například pro produkci vitamínu nebo enzymu, který učiní rostlinu odolnou proti pesticidu nebo škůdci. K tomu zhusta dopomáhá základní výzkum, zkoumající jednotlivé vlastnosti a jejich molekulární mechanismus v těch organismech, které danou vlastností již oplývají, stejně jako pořádná dávka štěstěny, která mnohdy přispěje k jejich náhodnému objevení. Jakmile je nalezen potřebný „kus DNA“ a organismus, do kterého je vhodné daný kousek nějak „nacpat“, je čas vytáhnout pistole.
K vpravení DNA do jádra rostlinných buněk se využívají dvě hlavní cesty. První z nich je tzv. genová pistole (Gene gun), která do semínek vpravuje kovové částice obalené cílovou DNA. Druhou možností je využít bakterie (Agrobacterium tumefaciens), do kterých je podstatně snazší cílovou DNA vpravit pomocí takzvaných plazmidů. To jsou malé kruhové kousky DNA, které se v bakteriích přirozeně nacházejí a přenášejí geny, které bakterie nutně nepotřebuje k životu, ale mohou se jí občas hodit, třeba rezistence na antibiotika. Do těchto malých kousků je poměrně snadné za pomoci speciálních enzymů vložit libovolný kousek DNA a celý takto upravený plazmid pak vpravit do bakterie – nejčastěji pomocí tepelného nebo elektrického šoku, který donutí takzvaně kompetentní neboli na přijetí připravené bakterie „spolknout“ plazmidy, které se okolo nich nacházejí. Pak už stačí jen poštvat bakterii na cílenou rostlinu a její přirozená invazivita už udělá své za nás. A můžeme sázet.
Geneticky modifikované rostliny zpočátku rostou v pečlivě uzavřených a hlídaných sklenících. Během této fáze biologové nejenom kontrolují, zda úprava proběhla v pořádku a rostlina se chová tak, jak se předpokládalo, ale zároveň probíhá i stanovení optimálních podmínek vysazení, růstu i sběru, aby výrobci mohli všechny tyto pro úspěch důležité informace předat zemědělcům, kteří od nich budou semena nakupovat. Krom toho se geneticky modifikované plodiny určené pro lidskou konzumaci také testují na zdravotní nezávadnost, bez které nedostanou povolení vstoupit na trh. A nutno poznamenat, že tyto testy žádný negativní účinek konzumace geneticky modifikovaných plodin nepotvrdily.
Cis-cesta a intrageneze
I přes absenci mechanismu, jak by spotřebiteli mohly geneticky upravené plodiny jakkoliv ublížit, přes výzkumy prokazující zdravotní nezávadnost geneticky modifikovaných plodin a přes prohlášení vědeckých autorit, které vyzývají k ukončení nesmyslného boje proti GMO, přetrvává do dnešního dne vůči GMO plodinám ve společnosti jistá míra skepse.
Když nejde hora k Mohamedovi, musí Mohamed k hoře, řekli si tedy vědci a rozhodli se jít na celou věc trochu jinak. Jedny z největších výhrad konzumentů směřují právě k nepřirozenosti přesunu genů mezi nepříbuznými druhy. Přestože dnešní věda ví, že tyto přesuny jsou v přírodě trochu častější, než se myslelo, a zvláště za některé můžeme být i my z pohledu evoluce dost vděční (třeba začlenění cizí virové DNA do naší DNA, které vedlo například k vývoji lidské placenty), běžnému spotřebiteli při představě upraveného obilí stále zůstává na jazyku jistá pachuť nepřirozenosti.
Biologové tomuto požadavku vyšli vstříc a své snažení spíše než na transgenezi zaměřili na cisgenezi, což je přesun z geneticky blízkých organismů, tedy mezi příbuznými druhy rostlin, nebo na intragenezi neboli úpravu bez vnášení cizí DNA. Oba postupy (a intrageneze zvláště) jsou velmi podobné přirozenému průběhu evoluce. Dokonce podobnější než některé konvenčně používané postupy a mají tak snad šanci alespoň trochu oslabit odpor proti pocitově nepřirozeným zásahům.
Cisgeneze je proces v zásadě velmi podobný transgenezi s tím rozdílem, že geny pro přenos se hledají pouze v příbuzných odrůdách zemědělských plodin nebo v jejich divoce rostoucích předchůdcích. Obdobně jako během tisíciletého vývoje se tak geny šíří a přesouvají jen mezi „blízkými větvičkami“ evolučního stromu. Z hlediska metodologie je mnohem zajímavější druhá zmíněná možnost, intrageneze. U ní se vědci vůbec nesnaží naučit rostlinu něco zbrusu nového, ale pouze cíleně vypínají nebo množí geny, které se v ní již nachází. Proces je tak v podstatě stejný jako přirozeně probíhající evoluce, pouze s tím rozdílem, že v evoluci se musí stovky let čekat na tu správnou mutaci (pokud se vůbec dočkáme…), zatímco genetické inženýrství nám to stejné dovoluje ve zkumavkách během pár roků. K cílenému vypínání genů se dají použít dvě skupiny v současnosti dostupných metod a to RNA interference a nukleázy. K druhé možnosti patří i tzv. CRISPR/Cas9 systém, o kterém jste se mohli více dočíst v minulých dílech série Gattaca a který nám kromě velmi přesně mířeného vypínání dovoluje i stejně cílené vnášení nové DNA s výrazně nižším rizikem toho, že by se DNA začlenila na nechtěné místo.
RNA interference je pak proces, který nejenže vyhrál Nobelovu cenu v roce 2006, ale především poměrně rychle našel i své uplatnění v praxi. Pojem RNA interference označuje nejrůznější typy molekulárních interakcí, jež jsou všechny založeny na schopnosti řetězce RNA vázat se na DNA s takzvanou komplementární sekvencí. To znamená, že pořadí písmenek interferující RNA je stejné jako pořadí písmen, do kterého by se cílová DNA přepsala při procesu transkripce. Kromě toho není minimálně některé RNA nutné vkládat přímo do buněk, ale stačí je dostat „někam k nim“. Přesně to je vlastnost, která aktuálně vede mnohé biotechnologické firmy k vývoji „RNA genetických sprejů“. Takový sprej by stačilo pouze nastříkat na listy plodin (jinak geneticky neupravených!) a ty by na nějakou dobu získaly požadovanou vlastnost, ať už odolnost proti škůdci nebo nepřízni počasí. Další paradoxně dobrou vlastností RNA je její nestabilita. RNA ze spreje by se po pár týdnech rozložila na jednotlivé neškodné stavební kameny. Získaná vlastnost by sice zmizela s ní, ale odpadla by těžká hlava z trvalých úprav genomu a částečně i ekologické riziko spjaté například s použitím pesticidů hromadících se v ekosystému.
Tradičně a (ne)přirozeně
Produkce geneticky modifikovaných plodin je pod neustálým drobnohledem jednotlivců i mezinárodních organizací, které sledují potenciální zdravotní a ekologická rizika. To je časová i ekonomická zátěž, kterou tradiční pěstitelé řešit nemusí. Jak ale vlastně klasické šlechtitelství funguje?
Šlechtitelství si společnost spojuje s množením vhodných kusů, u kterých se rozvinula žádoucí vlastnost, a naopak s „odstřižením“ těch organismů, které mají vlastnosti nevhodné. To je sice tradiční a ověřený způsob genetické modifikace, jenže příliš pomalu reaguje na poptávku po nových, lepších plodinách. I proto se po druhé světové válce začaly uplatňovat takzvané techniky mutačního šlechtění, během kterých se v semenech rostlin vyvolá vznik velkého množství mutací pomocí radiace nebo chemických mutagenů. K takto vzniklým plodinám patří mimo jiné česká úspěšná odrůda ječmene Diamant, který se dále používal pro vyšlechtění dalších odrůd a do roku 2000 bylo zaregistrováno zhruba 200 jeho „potomků“.
Ačkoliv při tomto procesu obyčejně vzniká i velké množství často nepoznaných mutací, které mohou teoreticky ovlivnit zdravotní nebo ekologické dopady plodiny, nepodléhají takto vzniklé odrůdy stejným testům jako jejich cíleně „nepřirozeně“ inženýrsky upravené protějšky (protože u mutační selekce neprobíhá přenos DNA z jednoho druhu na jiný) a mohou se dokonce prodávat i pod označením BIO. Vzhledem k tomu, že pro odrůdy vzniklé mutagenezí se nepoužívá žádná zvláštní certifikace, není jasné, jaký podíl na trhu mají ani kolik z nich se skutečně v zemědělství využívá. Ostatně jak tvrdí ve svém žurnálu americká národní akademie věd (PNAS), neexistuje vědecky podložený důvod, proč kontrolovat pouze GMO a zároveň neřešit rostliny vzniklé mutagenezí, které mohou být spojeny s mnohem větším počtem nechtěným změn. Bezpečnost nových plodin by bylo nejlepší prostě posuzovat případ od případu. Ale samozřejmě neexistuje ani důvod předpokládat, že všechny takto vzniklé plodiny jsou automaticky špatné. Hranice mezi umělým a přirozeným, mezi biotechnologií a neebiotechnologií (tedy klasickými šlechtitelskými metodami), je zkrátka mnohem tenčí a spletitější, než se může na první pohled zdát.
Proti plísním. Proti horku. Proti hladomoru. A co pro nás?
Většina v současnosti dostupných GM plodin se snaží vylepšit zejména aspekty pěstování, tedy větší výnosy, menší ekonomické náklady, lepší odolnost proti hmyzím škůdcům i plísním. Proto vznikly plodiny tolerující herbicidy (nejčastěji glyfosát, například Roundup rostliny), které přežívají dávky herbicidu spolehlivě hubící jakýkoliv plevel v jejich okolí a které jsou poměrně pochopitelně spjaty s velkou environmentální i zdravotní kontroverzí. Obdobně však lze jít na věc i z „druhé strany“, jak dokazují třeba Bt plodiny, které jsou obohacené o gen pro Cry-protein z bakterie Bacillus thuringiensis. Tyto plodiny po genetické modifikaci samy produkují látky hubící škůdce a dovolují tak pěstitelům významně omezit množství insekticidů. Populární jsou i úpravy prodlužující trvanlivost plodů nebo odstraňující některé nepříjemné přirozené jevy, například hnědnutí jablek.
I přes veškerou kontroverzi mají dnes některé vylepšené plodiny citelné pozitivní výsledky. V důsledku využívání GM plodin (zejména sóji, kukuřice a pšenice) došlo mezi lety 1996 až 2013 ke snížení používání pesticidů a tedy i souvisejícího negativního dopadu na ekosystémy, a to paradoxně i u plodin odolných proti herbicidům. Na druhou stranu je pravdou, že se o jejich dlouhodobějším environmentálním dopadu stále diskutuje a to zejména o riziku rozvoje rezistence na využívané herbicidy nebo o negativním vlivu na další „neškodící“ druhy hmyzu. I přesto, že se zatím zdá, že nejčernější obavy se nenaplňují, je dobré si ještě počkat na výsledky dalších studií.
Cílené hrátky s geny nám však v budoucnu slibují i mnohem zajímavější možnosti. Vzhledem k měnícímu se podnebí se zraky vědců obracejí ke způsobům, jak zlepšit odolnost plodin proti stresu z horka a sucha. Zejména se zkoumá výhodnější způsob provádění fotosyntézy, který vědci odkoukali od sukulentních rostlin a který by rádi „naučili“ i naše zemědělské plodiny. Ty by tak byly schopné přežít (a produkovat) i v blížícím se „otepleném“ světě. Nespočet projektů se taktéž snaží vylepšit nutriční stránku potravin, ať už to má být nová nebo zvýšená produkce vitamínů, která by pomohla zejména lidem v méně rozvinutých oblastech trpících deficity, nebo produkce opěvovaných omega 3 mastných kyselin v potravinách, kde je běžně nenalézáme. Nebo naopak odstranění alergenů a potenciálně karcinogenních látek, o což se vědci snaží třeba úpravou snižující tvorbu akrylamidu ve smažených bramborách. Anebo může jít jen o snahu uchovat něco, co máme rádi. Příkladem budiž třeba projekty zaměřené na celosvětovou záchranu banánů, jejichž populaci devastuje plíseň Fusarium, jejíž epidemii se zatím nedaří kontrolovat a banánům tak hrozí vyhynutí.
I přes pochopitelnou skepsi a odstup provázející každou novou technologii je možná na čase zvážit, zda je nutné kategoricky odmítat celou možnost genetické modifikace rostlin. Nemusíme souhlasit s každým použitím ani každou firmou, která se na výrobu GMO zaměřuje. Můžeme debatovat o sociálních a dalších potenciálně negativních důsledcích a hledat cesty, jak jim předejít. Není potřeba zavírat oči před kontroverzí a cíleně přehlížet potenciální rizika. Je ale škoda zavřít neprodyšně vrata před technologií, která má potenciál při správném použití zachránit planetu i naše životy na ní. Rozhodnutí je především na nás, spotřebitelích. Záleží jen na tom, co si necháme naložit na talíř. Dobrou chuť.
Pro zvídavé:
The Science and Politics of the GMO – online kurz z Cornellovy univerzity dostupný zdarma na serveru edx: https://www.edx.org/course/science-politics-gmo-cornellx-gmo101x
Neobvyklý úhel pohledu na obvyklou problematiku – FB stránka a web Vegan GMO: http://www.vegangmo.com
Web vytvořený 100 laureáty Nobelovy ceny na podporu GMO: http://supportprecisionagriculture.org
Video – How are GMOS created? - https://www.youtube.com/watch?v=2G-yUuiqIZ0
