Umožní editace genomů nasytit lidstvo?

Od objevu zákonů dědičnosti augustiniánským mnichem Gregorem Johannem Mendelem roku 1866 učinila genetika velký pokrok. Pochopili jsme fungování dědičnosti na molekulární úrovni a genomy dnes umíme nejen číst, ale také přepisovat…

Jedním z nejvýznamnějších milníků poslední doby je editace genomů, která má nedozírné dopady zejména v zemědělství. Umožňuje tvorbu plodin s vysokým výnosem, odolných vůči nemocem a škůdcům i vůči nepříznivým klimatickým podmínkám. Popišme si stručně dlouhou a složitou cestu, kterou šlechtitelé prošli. Cestu od výběru výhodných náhodných odchylek existujících v přírodě přes jejich umělé mutační vytváření až po cílenou editaci genomu molekulárními nástroji (obr. 1).

Mutace DNA jsou zdrojem variability. Rostliny s vhodnými znaky byly selektovány v průběhu domestikace a později používány v rámci šlechtitelských programů. Později byly mutace indukovány pomocí ionizujícího záření, případně účinkem chemických mutagenů. Tento přístup bohužel neumožňuje vytvoření cílených mutací v předem definovaných genech. Cílená editace genomů plodin byla umožněna až ve 21. století díky rozvoji metod genetického inženýrství.

Jak nakrmit rostoucí populaci

Dějiny moderní lidské populace jsou pevně svázány s pěstováním rostlin a chovem živočichů. Přechod od lovu a sběru byl postupný a došlo k němu až po poslední době ledové. Tato transformace, označovaná jako neolitická revoluce, proběhla asi před deseti tisíci lety v několika oblastech světa nezávisle a měla zásadní dopad na vývoj lidské civilizace. Vznik zemědělství je spjat s domestikací různých druhů rostlin a živočichů prostřednictvím selekce spontánních variant genů svázaných se znaky výhodnými pro časné zemědělce.¹⁾ Ačkoli tato cesta nebyla bez překážek, světová produkce potravin držela tempo s potřebami rostoucí lidské populace, která se zvětšila téměř o čtyři řády, z přibližně jednoho milionu lidí v době 10 tisíc let před naším letopočtem na téměř 8 miliard v roce 2022.

Klíčovými faktory produkce potravin byly změny ve využívání půdy, zdokonalení zemědělských technik, používání organických hnojiv a v poslední době také průmyslové zemědělství. Aby všechny tyto faktory měly skutečný dopad, musely být doplněny pěstováním plodin s vysokým výnosem a kvalitou. Až do 17. století se většina kultivovaných rostlin významně nelišila od domestikovaných forem pěstovaných prvními zemědělci. V 17. stoletím zemědělci započali s intuitivním šlechtěním tak, že vybírali a křížili rodiče s cílem získat co nejlepší potomstvo. Jmenujme alespoň dva pionýry, Brita Thomase Andrewa Knighta (1759–1838) a později Američana Luthera Burbanka (1849–1926). Oba vynikali v produkci vylepšených variant plodin. Spolu s dalšími rostlinnými a živočišnými šlechtiteli své doby byli úspěšní dokonce i bez znalosti podstaty dědičnosti. Tajemství jejich úspěchu zůstalo skryto až do objevů Gregora Mendela, který pracoval v polovině 19. století s rostlinami hrachu.