Jak bránit krajinu před „nežádoucími geny“

Stále se diskutuje o tom, zda polní pokusy s genově modifikovanými rostlinami jsou bezpečné a zda vůbec můžeme užitkové organizmy kultivovat ve volné krajině (viz Vesmír 83, 638, 2004/11). Z argumentů odpůrců genově inženýrských aplikací jsem vybral ty, které považuji za smysluplné. Nemíním je podrobovat kritice a diskutovat jejich rozpornost. Chci ukázat, že zmíněné problémy jsou řešitelné a vědci mohou veřejnosti vyjít vstříc, i když si třeba v některých případech myslí, že nejde o problémy opravdu závažné.

Námitky proti polním kulturám genově modifikovaných rostlin

• U pohlavně se rozmnožujících genově modifikovaných rostlin je znečištění krajiny spojeno s pylovým přenosem některých genů (například pro odolnost vůči různým herbicidům) na jiné druhy, jako jsou třeba pýry. Mezidruhovým křížením (které je u rostlin časté) by se mohly šířit i další nežádoucí vlastnosti.
• Při dopravě a jiných manipulacích s rostlinami mohou vypadávat semena, a tak se rostliny (tedy i cizorodé geny) bez kontroly rozšíří po krajině.
• Dokonce i přenos genů na rostliny téhož druhu může ohrozit například dotované ekologické zemědělství a také svobodu těch, kteří pěstují geneticky nemanipulované plodiny pro svou potřebu, protože manipulované plodiny z osobních důvodů odmítají.

Zpočátku se navrhovalo, aby byly kolem pokusných polí vymezeny zóny, za něž již pyl nedoletí. Taková opatření ale nestačí, protože vzhledem k rozmanitým podmínkám je obtížné určit velikost zón. Těžko ostatně uvěří v jejich účinnost kdokoli z nás, kdo v Čechách utíral prach pocházející až odněkud ze Sahary.

Zdálo by se, že z tohoto hlediska by mohla být přijatelná práce s geneticky modifikovanými rostlinami, které se nemohou množit pohlavně. I proti této možnosti však byla vznášena námitka, že zemědělci nebudou schopni sami produkovat osivo, což povede k dalšímu zvýšení vlivu velkých korporací na zemědělství. Nejvíce by tím byly postiženy země třetího světa, kam pomoc představovaná geneticky modifikovanými rostlinami přednostně míří. Toto řešení není ideální ani pro producenty geneticky modifikovaných rostlin. Manipulace s takovými plodinami je nepohodlná a omezení jen na nepohlavní množení je nevýhodné.

Donedávna se zdálo, že na rozumném kompromisu se odpůrci a propagátoři geneticky modifikovaných rostlin nedohodnou a bude nezbytné „silové řešení“ (doufalo se, že bude mít alespoň charakter demokratického rozhodnutí). Další možností byl kompromis, ale jen u vybraných speciálních případů. Možná že čas a hromadící se potíže z přemnožení lidí posunou tyto rozepře jinam, a rizika pak budou posuzována zcela jinak.

Vědci z Číny a USA nabízejí nová řešení

Na začátku r. 2007 publikovali Keming Luo a Yi Li s kolegy ¹⁾ svůj princip řešení problémů spojených s kontaminací krajiny cizorodými geny a zároveň popsali příklady konkrétních řešení. ²⁾ Stojí za to zdůraznit, že řešení vycházejí většinou z poznatků známých již mnoho let a práce na projektu byla údajně zahájena již r. 2000. Až si člověk řekne: „Kdyby radikální odpůrci genových modifikací chvíli počkali, možná jsme se mohli vyvarovat zbytečného povyku a škod“ (na řadě míst, zejména ve Francii, byly zničeny pokusné pozemky).

Jako obvykle se genoví inženýři poučili od přírody. Již v osmdesátých letech minulého století molekulární biologové zjistili, že v kvasince Saccharomyces cerevisiae probíhá podivná místně specifická rekombinace. Hlavní roli při ní hraje enzym Flp-rekombináza, který rozeznává v DNA určitou krátkou řadu „genetických písmen“ pojmenovanou FRT. Nasedne na dvě takové řady, přiblíží je, uvnitř každé z nich „střihne“ a konce zase spojí, jenže jinak: prohodí je a přeskupí (viz obrázek 1). Úsek mezi dvěma řadami FRT vystřihne a uzavře do kroužku, který se později rozloží. Přerušenou DNA pak rekombináza zase spojí.

Velmi podobnou rekombinázu využívá bakteriofág P1, což je virus parazitující na bakterii Escherichia coli. Pomocí svého enzymu (Cre-rekombinázy) bakteriofág střihá bakteriální DNA ve dvou místech (loxP). Nedávno Liu a jeho kolegové seřadili „střihaná místa“ loxP a FRT za sebe a všimli si, že obě rekombinázy rozeznávají a přeskupují tyto úseky DNA mnohem ochotněji. Úsek DNA sevřený oběma takto vytvořenými „střihanými místy“ nemá v přítomnosti příhodné rekombinázy velkou šanci udržet se v molekule DNA.

Tuto schopnost rekombináz využil Liu se spolupracovníky k tomu, aby z chromozomální DNA odstranil gen odpovědný za novou vlastnost geneticky modifikované plodiny (obrázek 2). Před gen FLP pro Flp-rekombinázu – „genetické nůžky“ – zařadil regulační úsek (jakýsi vypínač – pPAB5), který uvede gen do chodu jen v semenech a pylu. Ostatní rostlinné buňky rekombinázu nevyrábějí a gen pro novou vlastnost, umístěný mezi dvěma místy pro střih (loxP-FRT), proto není z jejich dědičné výbavy odstraněn a poslušně plní své úkoly.

Vystřižením genu, resp. transgenu pro novou vlastnost, organizmus neztrácí schopnost se pohlavně rozmnožovat. Potomstvo druhé generace ovšem transgeny neobsahuje a semena lze použít jako normální netransgenní osivo. To znamená, že taková semena mohou být použita i v ekologickém zemědělství a krajině kontaminace nehrozí. Jedinou potíží je, že se za těchto okolností dá jen obtížně získat transgenní osivo. Postup se proto hodí pouze pro ty případy, kdy lze rostlinu množit vegetativně, popřípadě se dá transgenní osivo opatřit nějakým nezávislým způsobem.

Etanol reguluje „zvenčí“

Autoři řešení však ukázali, že se automatické vystřižení dá regulovat „zvenčí“ (obrázek 3 a obrázek 4). Mezi dvě rekombinační značky se vloží navíc gen, který ruší funkci genu FLP za pomoci interference RNA. ³⁾ Pokud se vložený gen projeví jen v přítomnosti etanolu, je možné vypínat cizorodé geny zvenčí.

Když se etanol nepřidá, vložený „umlčovací gen“ (RNAi-FLP) se neprojevuje, ale zato funguje gen FLP a rostlina likviduje transgeny ze semen a pylu. Když se před vývojem semen a pylu přidá etanol, umlčující gen funguje, a jeho produkt (dvouřetězcová RNA) zastaví činnost genu FLP (obrázek 3). K vystřižení transgenů nedojde, semena mají transgenní charakter a mohou sloužit jako transgenní osivo. Toho se již nespotřebuje takové množství a může být produkováno v uzavřených prostorách, například pod obřími tenzegritovými konstrukcemi (Vesmír 80, 615, 2001/11) pokrytými fólií nebo ve sklenících. Tato možnost rozšiřuje využitelnost postupu i na případy, kdy by se pohlavní rozmnožování obtížně obcházelo.

Podobným způsobem lze navíc ovlivnit transgennost ostatních orgánů a tkání. Kromě netransgenních semen a pylu mohou být rostliny netransgenní v plodu, květu a plodu, v kořenech či hlízách, stoncích, listech či v celé rostlině. Poslední, zdánlivě nesmyslnou možnost lze po určitých úpravách ocenit třeba při likvidaci havarijního úniku geneticky modifikovaných rostlin do volné přírody, jako pojistku pro vyčištění krajiny, popřípadě pro snadné vyčištění různých provozů od genově modifikovaných organizmů.

Pojistky proti šíření nežádoucích genů

Uvedené principy mohou být využívány nejen u rostlin, hodí se i pro další geneticky modifikované organizmy. Můžeme očekávat, že se tyto technologie zdokonalí a najdou široké uplatnění v praxi. Pro rostliny rozmnožované vegetativně není třeba využívat trik s etanolem a ani transgenní úsek nemusí obsahovat „umlčovatele“ projevu genu FLP. Regulovaným vystřihováním cizorodých genů v semenech a pylu lze předejít kontaminaci krajiny pohlavně množenými geneticky modifikovanými rostlinami elegantně a účinně, ale nemůže být pochopitelně použito např. v těch vzácných případech, kdy potřebujeme genovou manipulací pozměnit právě semena. ⁴⁾ Naštěstí existují i jiné způsoby ochrany krajiny před kontaminací. ⁵⁾ Podle požadavků genové modifikace a volby organizmu je třeba posoudit, kdy sáhnout po výše popsanémsystému, který je dostatečně univerzální, a kdy použít náhradní řešení.