Bramborové a jiné katastrofy

Proti standardním, obecně pojímaným přehledům o minulosti, přítomnosti a budoucnosti geneticky modifikovaných organizmů (GMO) nabízím čtenáři výpověď založenou na mozaice osobních zkušeností. Nebudu tedy psát o transgenním hlávkovém salátu, obsahujícím „jedlé vakciny proti hepatitidě B“, ani o modré bavlně pro výrobu neblednoucích džínsů či o řepce produkující vstupní suroviny výroby plastických hmot. Pominu také problematiku GMO živočišných či prokaryontních. Pokusím se dokumentovat jeden ze skutečných příběhů GMO na organizmu daleko prozaičtějším, než jsou motýli monarchové či transgenní lososi, ale zato nám Čechům důvěrně známém – na kulturním bramboru (Solanum tuberosum).

Braniboři v Čechách

Nedávno navštívil naši katedru ekolog Robert Crawford ze staroslavné univerzity ve skotském St. Andrew. Městečko znají všichni milovníci golfu, rok co rok se v něm koná největší z evropských turnajů Masters, Scottish Open. Kromě univerzity z r. 1415 se St. Andrew pyšní i hradem a ruinami obrovské gotické katedrály, srovnatelné s Westminsterským opatstvím. Zdejší paličatí mniši však v době panování Jindřicha VIII. zůstali věrni římské liturgii, a proto klášter dopadl podobně jako mnohé české kláštery za husitů. „Hájení pravdy“ mělo prostě odjakživa svá rizika. Dnes katedrála přitahuje zástupy turistů. Zbytky jejích věží je vidět z dálky – z moře i z okolních přirozeně zvlněných golfových hřišť.

R. Crawford je výborný přednašeč a náruživý diskutér, nicméně po dvou hodinách povídání o rostlinách a stresu bylo nutno poobědvat. V hospodě si na naše doporučení dal bramborové knedlíky plněné uzeným a zaujala ho jednak jejich žluťoučká barva, jednak české jméno bramboru. K potěšení přítomných kolegů z Německa mu bylo vysvětleno, že brambory k nám dle lidového domnění přišly z Braniborska, a pak se hovor logicky stočil na evropský dějepis a různá národní specifika.

Ve skotské kuchyni se brambor používá bezmála jako v naší a totéž lze říci o jeho uplatnění ve skotské vědě i hospodářství. Není náhoda, že se před pár lety konala v Edinburgu trieniální konference organizovaná Evropskou asociací pro výzkum brambor (EAPR). Výzkum a šlechtění bramboru je po dlouhá léta významnou součástí vědeckého profilu Skotského výzkumného ústavu zemědělských plodin v Dundee, který sídlí hned na druhém břehu úžiny (u ústí řeky Tye) a je místní Mekkou nejen šlechtění „klasického“, ale i nejrůznějších moderních postupů. Využívá metodologii rostlinných biotechnologií, jako je příprava dihaploidních rostlin z prašníkových a mikrosporových kultur, somatická hybridizace protoplastů (tedy nepohlavní křížení kulturního bramboru s planými druhy, k němuž v přírodě nikdy nedochází) a konečně i příprava, charakteristika a studium transgenních rostlin. Tedy rostlin s vnesenými „cizorodými“ geny, které jsou označovány jednou za „frankensteiny“, jindy za „jedinou naději hladovějícího lidstva“. O vývin prvních bramborových frankensteinů se tak zasloužily nikoliv laboratoře mamutích amerických koncernů, ale střízlivá a seriózní pracoviště státních či univerzitních institucí Skotska, Anglie (kupř. John Innes Centre v Norwichi), Holandska či Německa. Vycházely z více zdrojů: jednak ze šlechtitelských programů studujících nejrůznější choroby bramboru, jeho sacharidový metabolizmus a vlastní mechanizmus tvorby hlíz, jednak z technik předcházejících transgenozi, zejména ze somatické hybridizace v protoplastových kulturách (viz dále).

Ve Skotsku hrál významnou úlohu také kvalifikovaný výzkum výživy hospodářských zvířat i člověka. Nepříliš daleko na sever od Dundee leží „granit city“ (žulové město), jak domorodci láskyplně nazývají Aberdeen. Nevím nakolik má tento název odpovídat charakteru obyvatel, zdáli se mi velmi přívětiví. Podnětem byly asi spíš řady kamenných domů, postavených nejen z pískovce, ale hlavně ze žuly. Žulovou pevnost vědeckého postoje místního Rowettova výzkumného ústavu pro studium hospodářských zvířat však rozhodně prověřila aféra tamního profesora Á. Pusztaie. Informace jeho týmu o působení transgenních brambor (s vneseným lektinových genem sněženky, Galanthus nivalis) na imunologický systém a další životní procesy pokusných krys představovaly předloni onu tolik potřebnou vodu na mlýn odpůrců GMO. V nejrůzněji deformované podobě zaplavily denní tisk i další sdělovací prostředky planety (ejhle, jedna z výhod globalizace) a dotkly se nejen uší prince Charlese či Paula McCartneyho. Celá záležitost však postupně vyzněla nikoliv jako důvod k seriózní obavě z přípravy a pěstování rostlinných GMO, ale spíše jako závažný námět k diskusi o etice vědecké práce a odpovědnosti za zveřejňování a interpretaci jejích výsledků. Ptejme se, zda jenom s ohledem na etiku a odpovědnost samotných vědců. A také zda třebas načasování oné aféry těsně před světový Biosafety/Biodiversity Meeting UNEP ¹⁾ v Montrealu koncem prázdnin 1998 bylo náhodné. Tamní jednání o legislativě GMO bylo samozřejmě místem nejrůznějších střetů ekonomických, politických a filozofických. Dnes již běžné varování „v budově je umístěna bomba“ jsme obdrželi hned na začátku... Bylo až půvabné sledovat více či méně zřetelnou taktiku jednotlivých delegací a zájmových skupin, v níž odborné biologické argumenty byly opravdu až na posledním místě.

Jak to již ve vědě bývá, bramborové aféře předcházela léta pokusů, které nebyly nijak utajovány a poskytovaly různé výsledky. Již asi od r. 1992 studoval Puzstaiův ²⁾ tým vliv nejrůznějších lektinů a inhibitorů trypsinu (PHA – „aglutinin“ z fazole, WHA – lektin z klíčících semen pšenice, GNA – onen proslavený lektin ze sněženky, AAI – inhibitor alfa-amylázy, CpTI – cowpea inhibitor trypsinu) na růst, na imunologický systém, na stav střevního epitelu a na další ukazatele zdraví pokusných potkanů. Tehdy ještě nikoliv s pomocí transgenního bramboru, prostě jim ty lahůdky sypal do potravy. Výsledky byly většinou (logicky) varující, což zřejmě žádného lektinového specialistu či imunologa nepřekvapí. Paradoxně však právě účinky GNA byly v daných pokusech nulové (obdobně později vyzněly výsledky s přídavkem GNA k relevantní transgenní potravě). S celkovými závěry, doporučujícími opatrnost a dlouhodobé experimenty dříve, než budou vhodné transgenní plodiny použity k intenzivní produkci zvířat či k výživě lidí, prostě nelze než souhlasit. Odpovídají přece základní logice i etice aplikovaného výzkumu, v tomto smyslu je tvořena i příslušná legislativa. Proč tedy takový humbuk?

Vraťme se ale od skotských brambor k těm našim a od strašidelných lektinů k technikám „starého dobrého klasického šlechtění“. Jak se liší od těch nových – a co vůbec o nich veřejnost ví?

Jak se šlechtilo a šlechtí

Základem šlechtitelské kuchyně byla a je selekce odchylek vzniklých buď nahodile, nebo záměrně – mutagenezí, nebo křížením (hybridizací). Onen princip „náhody“ (vyjádřitelný mj. frekvencí spontánní mutability v populaci okolo 10–5, tedy jedné odchylky na sto tisíc jedinců) lze velice cílenými šlechtitelskými postupy jen poněkud omezit. Najít onu odchylku v podobě změněného znaku chemického (např. v aktivitě určitého enzymu, struktuře zásobní bílkoviny, v jiné kvalitě či kvantitě alkaloidu apod.), fyziologického (ve změně růstu, v odolnosti k patogenu) či morfologického (ve tvaru listů, velikosti hlíz, v barvě květů, v odlišné architektuře stonku) lze jen při použití dostatečně citlivé metody. A to je samozřejmě daleko snazší u znaků morfologických než fyziologických či chemických. Při konvenčním šlechtění taková skrytá variabilita oku šlechtitele nutně unikne, leda by byl konkrétní znak (např. bílkovinné spektrum v zrnu potravinářské pšenice) cíleně sledován.

Odpůrci GMO obvykle poukazují na riziko „nepředvídatelných změn alergenicity či toxicity potravin“. Vycházejí tak např. z prací, v nichž byly záměrně do genomu některých obilovin či leguminóz (luštěnin) vpravovány geny paraořechů, čímž se údajně měla zlepšit jejich bílkovinná skladba. Pokud však zmíněné změny (většinou předvídané) byly prokázány, produkty GMO samozřejmě nebyly uvolněny jako potenciální potraviny. Lékaři i potravináři však již dlouho vědí, že určité zásobní proteiny se mohou změnit na potenciální alergeny záměnou pouhých několika aminokyselin – tedy procesem, k němuž v přírodě běžně dochází. A tento proces může daleko spíše provázet konvenční mutační techniky ³⁾ než velmi cílené metody transgenoze.

A to nejen v programech směrovaných na modifikace potravinové či krmné kvality rostlinných produktů. Nejinak je tomu v případech „šlechtění na rezistenci“ vůči nejrůznějším druhům patogenů. ⁴⁾ K významným potravinovým alergenům patří ochranné látky ze skupin alfa-amyláz, inhibitorů trypsinu, lektinů a nejrůznějších proteinů souvisejících s patogeny. Vyvolávají zejména akutní (hypersenzitivní) alergie I. typu, pro něž je charakteristická produkce specifických IgE protilátek. Významným faktorem, spoluurčujícím aktuální alergenicitu těchto látek pro člověka, je daný genový zdroj. Účinnost různých toxických látek, jako jsou zejména fenoly či polyfenoly (k nim patří řada fytoalexinů, látek, jež rostlina používá v obraně proti patogenním mikroorganizmům či houbám), alkaloidy resp. glykoalkaloidy (odrazují zejména živočišné škůdce) či glykosidy, není naopak onou specifitou genového zdroje příliš ovlivněna. Jak známo, toxický účinek mívá nejen sám rostlinný produkt, ale také druhotné metabolity patogena, jenž rostlinu či její produkty napadl. Tak působí např. aflatoxiny vyskytující se v nekvalitně uskladněných krmivech nebo potravinách (viz rovněž Vesmír 79, 187, 2000/4). Nesporné jsou i onkogenní účinky některých těchto látek či jejich metabolitů.

Je tedy třeba znovu připomenout, že klasické šlechtění se již po desítky let snaží vnést geny kódující tvorbu všech těchto alergenů, jedů a rakovinotvorných látek do genotypu kulturních rostlin. Doufá, že produkty jejich exprese ublíží v prvé řadě patogenu, trochu snad rostlině a co možná nejméně jejím konzumentům. Toto riziko rozhodně není nulové! Stále více v této strategii používá obdobnou taktiku jako moderní „genové techniky“: smísit původní a nové genové zdroje, co možná nejvzdálenější, pokud to „příroda dovolí“, tedy pokud jsou vyvolené genotypy navzájem křižitelné. Kulturní odrůdy jsou kříženy nejen mezi sebou navzájem, ale také s vybranými planými druhy, které jsou samy o sobě téměř „nejedlé“.

Znova se ale vraťme k bramboru: takových planých, hlízy tvořících i netvořících druhů jsou již známy stovky. S „naším“ S. tuberosum jsou však většinou nekřižitelné. Bariéru lze obejít pouze různými biotechnologickými triky, propojujícími často techniky somatické hybridizace (po fúzi protoplastů, viz dále), pylové embryogeneze (produkce dihaploidů in vitro) a transgenoze. Mnohé z oněch planých druhů (i příslušné produkty vzdálené hybridizace) jsou pro člověka jako potravina rizikové. Obtížně poživatelné jsou však i některé krajové kulturní odrůdy, které si jako odpověď na extrémní kultivační podmínky vytvořily zvláštní modifikace primárního i sekundárního metabolizmu. Tak druh S. × juzepczukii je pěstován v bolivijských Andách ve výškách nad 4000 m, je tedy extrémně rezistentní vůči chladu i vůči kolísání závlahy. Jeho hlízy jsou však natolik bohaté alkaloidy, že je před požitím místní kuchařky rozdrtí na kaši, několikrát vyluhují ve vodě, a teprve z této suroviny pečou placky.

Taková rizika nejsou šlechtitelům neznáma a obecně přijaté normy hodnocení nových šlechtitelských produktů s nimi počítají. Rutinní stanovení obsahu toxických či alergenních látek v hlízách však nepatří k závazným normám běžného novošlechtění bramboru. Provádí se pouze výjimečně, ⁵⁾ nejspíše tehdy, když jsou použity nestandardní genové zdroje. Alergenicita šlechtitelských produktů není sledována vůbec. V tomto ohledu je tedy jakýkoliv tržně zajímavý „transgenní produkt“ pod nesrovnatelně přísnějším dohledem.

Jak dlouho vlastně vyšlechtění takové nové odrůdy trvá? Nu, dlouho. U bramboru také 10–15 let. Jde totiž o rostlinu „autotetraploidní“, tj. se čtyřmi chromozomovými sadami místo běžných dvou (v rámci rodu se však vyskytují i druhy diploidní a triploidní), s chromozomálním počtem blízkým chromozomálnímu počtu člověka (brambor 48, člověk 46) a vysoce heterozygotní. Zkřížením dvou rodičů tedy vzniká pěkná genová směska, v níž se vlohy z lidského pohledu pozitivní nemusí proti nadvládě těch negativních prosadit. Jarní skleníky třebas v Keřkově tak běžně obsahovaly několik desítek tisíc semenáčků F1 (prvé synovské generace). Opakovaná zpětná křížení a opakované každoroční selekce jsou nezbytností – ještě že alespoň vhodnou sadbu lze množit klonově, buď hlízami in vivo, nebo mikroklonováním (řízkováním, mikrotuberizací) in vitro. Chápete tedy, jak lákavě vypadá nejen u bramboru, ale u spousty dalších kulturních rostlin (včetně hexaploidní pšenice) možnost zasadit do „téměř dokonalého“ genomu odrůdy pouze přesně definovaný nový gen, tedy nový znak? Kolik se ušetří času, peněz, lidské práce?

Rozsáhlý genom bramboru samozřejmě komplikuje analýzu podstaty změn. Jsou povahy fyziologické (morfózy), epigenetické (kupř. lokální metylace DNA), nebo genetické? Koneckonců již rané pokusy s transgenním tabákem, studující jeho chování v polních podmínkách, vedly autory k úvaze o tom, že příčiny fenotypových změn mohou být různé: přirozená genetická nestabilita výchozího materiálu, pleiotropní účinek vneseného genu, inzerční mutageneze či somaklonální variabilita. Takových prací se samozřejmě za dalších sedm let uskutečnila řada. Soudím, že snad žádná z nich nestaví na absolutním předvídání podstaty změn fenotypu transgenních rostlin – popírala by tak základní biologické zákony. Ony „vedlejší účinky“, nevyvolané expresí samotného genu lektinového, mohly tedy vykázat i některé klony testované A. Puzstaiem. Nejsou však zřejmě obecným rysem všech GMO.

Současnost transgenoze bramboru v Čechách již představují programy směrované buď k ovlivnění odolnosti bramboru vůči viroidům a virům, ⁶⁾ nebo k modifikacím sacharidového metabolizmu a tvorby hlíz. ⁷⁾ Existují již také „domácí“ transgenní klony tabáku, chmele, různých okrasných rostlin, květáku. Většinou jsou dosud pěstovány jen v laboratořích, realizace polních pokusů je pod přísným dohledem příslušných institucí (a Ministerstva zemědělství ČR), ve shodě s nedávno přijatou legislativou.

Sobecké geny, nebo sobecká Evropa?

K oblíbeným argumentům evropských odpůrců GMO patří konstatování, že náš kontinent má přece nadprodukci potravin i při používání konvenčních technik a osiva, stačí je tedy vyvážet do zemí třetího světa, popřípadě trochu se uskrovnit. Tak se lze vyvarovat všech potenciálních zdravotních či ekologických rizik.

Připouštím, že i bez požití příslušného GMO jsem již mírně alergický na tyto nezřídka militantní škarohlídy a kazatele, stavějící se do role svědomí třetího světa. O skutečném stavu šlechtění či alespoň pěstování klíčových plodin Asie, Afriky či Jižní Ameriky většinou nevědí zhola nic. Netuší, že v případech tak významných plodin, jako jsou banány, maniok (Manihot utillisima, cassava) či rýže, představují dnes transgenní techniky zřejmě jedinou možnou cestu k omezení obrovských ztrát vyvolaných chorobami či extrémními změnami klimatu. Tyto ztráty třeba u monokultur banánovníku sice bezprostředně nevedou k hladomoru srovnatelnému s „bramborovou katastrofou“ Irska v polovině minulého století, ale působí výrazné ekonomické potíže zemím, jež jsou na banánech závislé. Jejich současné ekonomické a intelektuální zázemí jim nedovoluje, aby v „historicky přijatelné době“ vyvinuly potřebné postupy doma. Výzkum pro třetí svět se tedy do značné míry provádí v evropských biotechnologických laboratořích, např. na švýcarské Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) v Curychu. ⁸⁾ Tamní Institut for Plant Sciences má webové stránky, kde lze jen pod hlavičkou oddělení prof. I. Potrykuse nalézt stručnou informaci o bezmála třiceti programech genetického inženýrství zaměřených na rozvojové země. Jedním z posledních malých zázraků tohoto týmu je zlatá (či žlutá) rýže, která vznikla přenosem několika genů ⁹⁾ kódujících tvorbu karotenů, a tedy vitaminu A v endospermu zrn (blíže viz Science 287, 303, 2000; pozn. red.: viz Vesmír 78, 657, 1999/11). Důsledek? Ochrana před avitaminózou A pro miliony lidí (nejméně z 26 zemí Asie, Afriky a Latinské Ameriky) živících se loupanou rýží. Tato avitaminóza způsobuje např. ranou dětskou úmrtnost nebo slepotu. Návazný projekt obdobně řeší problém nedostatku železa, který zejména u dětí a mladých matek vede k anemii (údajně se týká až 1,3 miliardy lidí ze současné světové populace). Transgenní rýže obsahuje jednak gen pro fytázu (původem z plísně Aspergillus niger), která snižuje hladinu kyseliny listové, jednak geny zvyšující hladinu ferritinu (protein vázající železo) v endospermu zrna. Sama klíčová potravina je tedy obohacena „stravitelným“ železem – a eliminace kyseliny listové v ní navíc vede k lepšímu vstřebávání iontů železa střevním epitelem jedlíka.

Nejde tedy jen o ochranu před hladem – i když ta je pro většinu rozvojového světa dosud důvodem nejcitelnějším. Nestačí jen pěstovat kukuřici, pšenici, sóju, například světová roční produkce manioku činí 150 milionů tun a představuje výživu pro 500 milionů lidí. Ztráty dané chorobami, např. mozaikovým virem kasavy, jsou mimořádně velké a nejlépe je lze řešit transgenními technikami.

Realita v dalších evropských zemích naštěstí odpovídá onomu švýcarskému modelu. Základy projektů řeší vědci z Belgie, Finska, Holandska, Francie, Německa, a teprve větší pokusy se provádějí v cílové zemi. Desítky mladých lidí školených různě po světě pak, v další fázi, tvoří základ místních vědeckých center. Takto třebas vznikalo i dnes již do značné míry samostatné centrum IRRI (International Rice Research Institute) na Filipínách a celá síť organizací.

A není to již jenom „západní monopol“. Do světového výzkumu subtropických či tropických plodin se zapojují i naše laboratoře – např. do šlechtění banánovníku olomoucká laboratoř ÚEB AV ČR. Zkusme tedy konečně odložit neuvěřitelnou evropskou sobeckost a konzervatizmus – neskrývejme je za líbivé reklamní slogany o ekologii, nebezpečí globalizace, ochraně biodiverzity i kulturního dědictví apod.

Svět v Čechách a ještě jednou Skotsko

Zakázal jsem si invektivy vůči převážně otřesné odborné i společenské úrovni většiny článků o GMO v tuzemském tisku. Chtěl bych spíš chválit. K tomu jsem si vybral článek o zmíněném výzkumu banánovníku v Olomouci, který vyšel v časopisu Týden 23/2000. Cituji z něj názor rostlinného cytogenetika J. Doležela: Evropa místo toho, aby se k problému (geneticky upravených potravin) postavila čelem, vede politicko-filozofickou neodbornou debatu a ztrácí čas. Za deset let výzkum (genomiky) ovládnou americké soukromé firmy a my se octneme v době kamenné. Nelze s ním než souhlasit. Položme si klasickou otázku: Qui bono? Že by ti jestřábi ze zámořských firem byli tak mazaní a financovali teď kampaň sami proti sobě, protože jsou si jisti neotřesitelnou návratností investic v budoucnu?

R. Crawford se vrátil domů a v dopisech vzpomíná nejen na české pivo a rozhovory nad ním, ale také na četná setkání, zejména s mladými doktorandy. A tady vidím naději jak pro fandy, tak pro odpírače GMO. Nejen ve Skotsku a v Čechách, ale kdekoliv jinde by měly obě zdánlivě si odporující větve rostlinné biologie (ekologická i biotechnologická) růst spokojeně vedle sebe. Jejich antagonizmus je prostě fikcí odvozenou z neznalosti či ostentativní hluchoty. Jejich těsné propojení je naopak vzájemným obohacením – a je důležité pro zahánění genomických strašidel. Vyvarujme se ale chybného zevšeobecnění. Strašidel by bylo škoda, nejen z pohledu cestovního ruchu (zvláště ve staré Anglii a Skotsku). Jak říká moje vnučka Markéta: „Dědo, já vím že jsou jenom jako – ale povídej mi o nich zase nějaký hrůzák, já to mám ráda...“