Geneticky modifikované organismy

Na začátku byl dichlordifenyltrichlorethan (DDT) a dnes je tu Bt-kukuřice. Environmentalisti i biotechnologové ustrnou: Jak mohu srovnávat nesrovnatelné? Insekticidní vlastnosti DDT objevil v roce 1939 P. Müller (r. 1948 za to dostal Nobelovu cenu) a za druhé světové války tento insekticid, použitý proti komárům a vším, zachránil statisíce lidí před malárií a tyfem.

Problémy způsobilo teprve nadměrné používání DDT v zemědělství. Neuváženě se DDT použilo např. proti červci Icerya purchasi na citrusech, a v důsledku toho se zhroutila regulace škůdce dravým slunéčkem Rodolia cardinalis (Vesmír 68, 215, 1989/4). Éra DDT je za námi, připomeňme jen, že koncem padesátých let byla roční produkce DDT ve světě kolem 100 000 tun a na začátku šedesátých let byl tento insekticid nejpoužívanějším prostředkem k hubení hmyzu i v Československu.

Propagátoři geneticky modifikovaných organismů argumentují tím, že poklesne spotřeba insekticidů (viz 1. část článku ve Vesmíru 81, 636, 2002/11). Laik si zmínku o insekticidech dá do souvislosti s tím nejhorším, co o nich ví. DDT, další chlorované uhlovodíky a jedovaté organofosforové sloučeniny byly prvními skupinami syntetických látek v různorodé rodině insekticidů. Vývoj vedl od látek toxických (viz obrázek) a ekologicky rizikových k látkám daleko přijatelnějším jak z hlediska hygienického rizika, tak z hlediska vlivů na potravní řetězce a životní prostředí. Přitom účinnost insekticidů během vývoje od DDT až po nejnovější prostředky neuvěřitelně vzrostla, aplikační dávky jsou dnes nesrovnatelně nižší. Navíc se propagátoři transgenních odolných odrůd vymezují proti chemickým insekticidům, ale většinou neberou v potaz biologické metody regulace škůdců, např. použití predátorů nebo parazitoidů. ²⁾

 

Koncept integrace prostředků a metod při omezování škůdců

Tuto ekologickou strategii boje s hmyzem formulovali kalifornští entomologové Vernon M. Stern, Ray F. Smith, Robert van den Bosch a Kenneth S. Hagen, kteří r. 1959 uveřejnili zásady integrované ochrany rostlin (IPC). ³⁾ Termín integrovaná regulace škůdců (IPM) ⁴⁾ zavedla r. 1972 americká Agentura pro ochranu životního prostředí. Dnes je integrovaná regulace vůdčí doktrínou Organizace pro výživu a zemědělství (FAO). Ekologická strategie ochrany rostlin, jak ji navrhli kalifornští entomologové, navazuje na zkušenosti s rozsáhlou kalamitou při přemnožení skákalky vojtěškové (Therioaphis maculata). Tato mšice (viz obrázek a obrázek) byla v Kalifornii zjištěna poprvé r. 1954. Zpočátku se ji dařilo hubit insekticidy, ale záhy se objevily rezistentní populace, při stupňovaném nasazení insekticidů vymizeli parazitoidi i predátoři a hrozil úplný kolaps pěstování vojtěšky – hlavní pícniny, na níž bylo závislé dobytkářství. Situaci se podařilo zvládnout postupnou integrací odolnějších kultivarů vojtěšky (sic!) do systému ochrany. V kritice neblahého plýtvání insekticidy předstihli kalifornští entomologové Rachel Carsonovou, její kniha „Mlčící jaro“ (1962) ale vzbudila daleko větší pozornost; poprvé se v zájmu ochrany životního prostředí uplatnila mediální kampaň.

 

Vedle integrace různých metod je v integrované regulaci důležité pojetí „škůdce“ jako termínu pro označení určitého druhu, který se stává škodlivým při vyšší populační hustotě, zatímco při nižší je tolerovaným článkem ekosystému (viz Vesmír 45, 355, 1966/12). Koncepce integrované ochrany rostlin měla u nás od počátku smůlu. V roce 1966 psal tehdejší koryfej ochrany rostlin C. Blattný: „Integrální ochrana rostlin znamená úplnou ochranu rostlin, která vůbec nepřipustí výskyt škodlivého činitele, anebo jej zničí dříve, než by mohl způsobit i minimální škodu.“ Byla to doba, kdy platilo: „Chemizace, nejdůležitější nástroj rozvoje socialistického zemědělství.“

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Ošidná prevence. Nedílnou součástí strategie integrované regulace jsou ekonomická hlediska. Zasahovat proti škůdci se doporučuje jen za předpokladu, že jeho populační hustota dosáhne hladiny, při níž vzniká ekonomicky významné poškození. Problém je v tom, že zjistit riziko poškození dostatečně přesně a s předstihem je obtížné. Předpověď škod může být tím přesnější, čím kratší je termín mezi zjištěním prahu a dosažením hladiny škodlivosti. Již pouhým uplatněním ekonomického hlediska byl v řadě případů získán až neuvěřitelný „ekologický užitek“. Namísto opakovaných preventivních zásahů pesticidy se začalo zasahovat cíleně. Všeobecná „kalendářní“ ochrana, namnoze ještě provozovaná podle pokynů „v první dekádě května stříkej proti obaleči jablečnému a postřik opakuj každých 14 dnů...“, je zcela zřetelně neekonomická. Daleko šetrnější je usměrněná ochrana, která vychází ze sledování výskytu škůdce. Výsledkem může být účinnější zásah proti cílovému škůdci, omezení nežádoucích vedlejších vlivů pesticidů a úspora za neúčelně aplikované postřiky. Integrovaná regulace dává přednost regulaci populací škůdců, nikoliv jejich preventivnímu vymýcení. I odtud může pramenit rozdíl v náhledu: někteří nadšení propagátoři odolných transgenních kultivarů rostlin navrhují jejich co nejširší preventivní uplatnění, zatímco ekologicky myslící „skeptici“ (svými znalostmi zakotvení v ochraně rostlin) jsou opatrnější.

   

   

  Zavíječ kukuřičný

  Latinské jméno Ostrinia nubialis či akronym ECB (European Corn Borer) patří v učebnicích ochrany rostlin k nejfrekventovanějším termínům.
• Bt-kukuřice – vždyť je to tak snadné. Po letech problémů s chemickou ochranou kukuřice dnes stačí zasít transgenní osivo. Rozhodující díl know-how byl vtělen do genetické konstrukce odolné odrůdy. V USA, v rozsáhlých oblastech pěstování kukuřice, kde se zcela pravidelně vyskytují v roce dvě, popř. tři generace zavíječe kukuřičného, je zcela odlišná situace. U nás má tento škůdce jen jednu generaci do roka a je rozdíl v ekonomice pěstování kukuřice na siláž a na zrno. V posledních letech sice škody působené zavíječem rostou i u nás, ale přesto není vhodné přistupovat k využití Bt-kukuřice bez uvážení: Je účelná preventivní ochrana? Vyplatí se vysít transgenní kukuřici, když na jaře ještě nejsou k dispozici údaje o tom, zda se škůdce projeví v takové míře, aby se vklad do prevence vyplatil? Neregulované pěstování Bt-kultivarů by vedlo – dříve nebo později – k selekci rezistentních populací zavíječe.

   

  V souladu se zásadami předběžné opatrnosti (a ve Spojených státech i v souladu s požadavkem Agentury na ochranu životního prostředí) by se před zavedením insekticidních transgenních kultivarů měly stanovit parametry účinnosti Bt-toxinu pro dosud citlivou místní populaci cílového škůdce. Přítomnost toxinu v rostlině lze prokázat, ovšem znalost střední smrtelné dávky či koncentrace (a dalších charakteristik působení toxinu) by později pomohla vyřešit spor, který by vznikl, kdyby odolnost daného kultivaru selhala: Vznikly ztráty vadou osiva? Je vinen dodavatel, nebo škůdce již nereaguje jako dříve – je rezistentní? Podobnou situaci jsme zažili koncem šedesátých let, kdy v důsledku preventivních zálivek insekticidy selhala chemická ochrana chmelnic.

  Bt-kultivary již prošly důkladnými zkouškami, ale dosud nemáme poznatky z jejich dlouhodobého nasazení. Nelze spoléhat na padesátiletou zkušenost s biopreparáty na bázi Bacillus thuringiensis, které se aplikují jednorázově, postřikem na povrch rostliny, a za jeden až dva týdny po nich nic nezbude. Naproti tomu v transgenní kukuřici je Bt-toxin přítomen trvale (například kultivar MON 810 obsahuje ve svých pletivech kolem 3 až 5 mikrogramů bílkovinného toxinu na gram, tj. zhruba 100 až 150 kg toxinu na hektar vzrostlé kukuřice).

• Šance pro trichogramu. Krátce poté, co byl zavíječ kukuřičný zjištěn v Massachusetts (r. 1916), zahájilo americké Ministerstvo zemědělství rozsáhlý program vyhledávání přirozených nepřátel tohoto škůdce. Ve Francii byla zřízena specializovaná laboratoř a odtud (ale např. i z Japonska) se do USA dovážely miliony larev zavíječe, z nichž se měli vychovat vhodní parazitoidi. Z 24 dovezených druhů se jich 6 usadilo v USA natrvalo, ale dostatečně účinný nebyl ani jeden. V ochraně kukuřice před zavíječem nastoupily insekticidy.

   

  Zpočátku se opatření proti zavíječi kukuřičnému míjela s pokusy využít parazitoidy rodu Trichogramma. Dospělé trichogramy ⁵⁾ kladou svá vajíčka do vajíček mnoha druhů hmyzu, nejhojněji napadají vajíčka motýlů (zavíječů, obalečů, můr). V přírodě ve vajíčkách hostitelů přečká jen malá část populace, v našich podmínkách tedy není šance, že by trichogramy mohly působit jako regulační faktor spontánně. Již od začátku 20. století probíhaly pokusy s umělým chovem trichogram. Metoda, která se používá dnes, je vlastně dokonalá zemědělsko-entomologická biotechnologie: Některý ze skladištních škůdců (makadlovka obilná, zavíječ moučný) se namnoží na obilí, vajíčka se předloží trichogramám k zakladení, a poté se (vhodně upravená) použijí přímo v terénu. Téměř celou populaci trichogramy tvoří partenogenetické samičky, které již několik hodin po vylíhnutí hledají svého hostitele a kladou vajíčka. Správně použitý biologický přípravek s trichogramou je zpravidla účinnější než ochrana insekticidy. O použití trichogramy se lze rozhodnout až podle aktuální situace v průběhu sezony a pro ošetření lze vybrat jen porosty, jimž hrozí významné škody. Úspěch závisí na přesném načasování zásahu (přítomnost zavíječe kukuřičného lze sledovat pomocí světelných nebo feromonových lapáků). Bezpochyby i použití trichogramy (podobně jako jiné biologické metody ochrany či postupy integrované regulace) vyžaduje od uživatele větší „intelektuální vklad“. Na know–how se při tomto způsobu ochrany podílejí producent trichogramy, poradce ochrany rostlin i sám pěstitel.

   

  Obaleč jablečný

  Podle metodické příručky z r. 1967, vydané Ministerstvem zemědělství a výživy, se v rámci „kalendářní ochrany“ proti obaleči jablečnému doporučovala čtyři ošetření Dykolem za sezonu, což představovalo ročně 8 kg DDT na hektar sadu!
• Feromony a usměrněná ochrana. Od hrubé, necílené, v podstatě preventivní ochrany se přecházelo k určování termínu zásahů podle fenologie, a posléze se přešlo k promyšlené usměrněné ochraně opírající se o výpočty sumy efektivních teplot a o sledování letu samců obaleče jablečného pomocí feromonových lapáků. Feromonové lapáky se syntetickým sexuálním atraktantem se u nás používají od r. 1974. Princip spočívá v sledování letu samců a na takto konstruované letové křivce se podle výpočtu sumy efektivních teplot stanoví „opěrné body pro rozhodování“. Pravidla integrované produkce ovoce (viz Vesmír 80, 551, 2001/10) připouštějí použití toxikologicky a ekologicky vhodných přípravků s nejmenšími vlivy na necílové organismy. Vedle několika chemických insekticidů jsou to i biopreparáty, např. Biobit na bázi Bacillus thuringiensis nebo přípravek viru granulózy obaleče jablečného. Jejich nevýhodou je, že jsou účinné jen v poměrně krátkém období po aplikaci. Přípravky ulpívají na povrchu listů a plodů a larvička se po vylíhnutí a před zavrtáním do plodu musí kontaminovat alespoň nadprahovým množstvím patogenu (viz obrázek).
• Zmatení samců. V porostu prosyceném „vůní“ sexuálního feromonu samci nejsou s to najít volající samičky a oplodnit je. V Evropě (v Itálii, rakouském Tyrolsku, Švýcarsku), v USA, v Austrálii či na Novém Zélandu se metoda zmatení samců používá proti různým škůdcům ve vinicích a v sadech. U nás pokusy s dezorientací samců obaleče jablečného nebyly úspěšné hlavně proto, že všude kolem komplexů komerčních sadů jsou v zahrádkách či u cest jabloně, které zůstávají bez účinné ochrany, a odtud obaleči nalétají do sadů. Nicméně metodu dezorientace samců připomínám pro srovnání: Účinnou látkou je syntetický feromon (věrná kopie přírodní látky!), který se pozvolna uvolňuje do prostředí. Dávky na hektar se počítají jen v desítkách gramů. ⁶⁾
• Transgenní jabloně. Ochrana před obalečem jablečným je věčné téma. Mohlo by proto být lákavé pokusit se vyřešit „problém obaleče jablečného“ konstrukcí transgenního insekticidního kultivaru. V supermarketech zatím transgenní jablka nedostanete, ale jsou už na světě např. jabloně se zabudovaným genem z tropické luskoviny „cowpea“ (Vigna unguiculata). Zkoušelo se ovlivnění dravých roztočů Phytoseiulus persimilis sviluškami Tetranychus urticae, které byly na těchto transgenních jabloních vychovány. Svilušky, nejčastěji sviluška ovocná (Panonychus ulmi), jsou v jabloňových sadech obávanými druhotnými škůdci. Jejich přemnožení si nejčastěji způsobí sadař tím, že nevhodným zásahem proti obaleči jablečnému vyhubí přirozené nepřátele svilušek. Ukázalo se, že studovaný transgenní kultivar jabloně predátorovi neškodí. To je jistě pozitivní zjištění. Máme tomu ale rozumět tak, že jde jen o dílčí nebo teoreticky orientované pokusy? Vždyť žádný transgenní kultivar jabloní dosud nebyl registrován. Nebo biotechnologické firmy vskutku chtějí pokračovat v konstrukci odolného „hmyzuvzdorného“ jablka? Sadařům připomenu: Výsadba jednoho hektaru jabloňového sadu v průměru s dvěma či třemi tisíci moderních vřetenových zákrsků stojí asi půl milionu korun, sad začíná plodit po třech letech a předpokládaná životnost, pokud se má investice vyplatit, je patnáct let. Přitom riziko rezistence obaleče jablečného je zcela zřejmé. Asi by netrvalo dlouho, než by transgenní insekticidní kultivar selhal.
• Vylepšené biopesticidy. V integrované ochraně sadů se používají predátoři (např. draví roztoči proti sviluškám), feromony (k sledování i jako prostředky regulace škůdců), toxikologicky a ekologicky bezpečné insekticidy a biopesticidy (zatím poměrně drahé a méně účinné). Účinnější by mohly být geneticky modifikované bakuloviry, s nimiž se již pracuje v laboratořích. Jednou z možností jak bakuloviry vylepšit je zabudování genů pro insekticidní toxiny (například bílkovinný toxin z dravého roztoče). Další možností je odnětí genu, jehož důsledkem je, že přestanou fungovat regulátory svlékání hmyzu. Pro uvedení geneticky modifikovaných hmyzích patogenů do životního prostředí platí samozřejmě pravidlo předběžné opatrnosti.