Nenápadná přízemní budova skrytá v zeleni. Pokud vám někdo nevysvětlí, kde hledat, asi ji lehce přehlédnete. Tady je sídlo Ústavu experimentální botaniky Akademie věd České republiky, detašované pracoviště v Olomouci. Řeka Morava teče hned vedle, a tak při povodni v roce 1997 sahala voda téměř po střechu a mnohé z vybavení bylo zcela zničeno. Přesto, díky velkému úsilí lidí, vstalo pracoviště z „mrtvých“ a svými výsledky se nyní řadí mezi světovou špičku v oboru buněčné biologie a genetiky.
Transgenoze hýbe světem
Kolem genetických manipulací bylo mnohé napsáno – zasvěceně i nezasvěceně, seriózně i neseriózně. Často bylo konstatováno, že Evropa se této oblasti vědy vyhýbá, že je váhavá a nedůvěřivá. Na americkém kontinentu, v USA, jsou „odvážnější“, v praktické realizaci pokročili mnohem dál, geneticky modifikované odrůdy plodin pěstují a zase tak velké starosti jim to nedělá.
Těchto několik vět je ovšem pouze letmým nahlédnutím do problematiky. Ve skutečnosti, i když se o tom tolik nemluví, jde v Evropě výzkum transgenoze nezadržitelně, a je třeba podotknout, že úspěšně, kupředu. Přestože se mu většinou věnují velké komerčně zaměřené firmy, ve svém základu má zelenou shora. Jedním z důvodů pro takové jednání vlád mnoha zemí je skutečnost, že není možné zůstat pozadu za Amerikou. Pokrok nelze zastavit, strkat hlavu do písku také ne, a proto jsou do výzkumu geneticky modifikovaných organismů vkládány obrovské prostředky – jinde, ne u nás. Věda je ostatně všude velmi drahá.
Trocha teorie nikoho nezabije
Když vstoupíte mezi bílé pláště, Petriho misky, zkumavky a tiše vrnící přístroje, jistě vzpomenete na léta studií a chcete-li alespoň zhruba pochopit, o co tady běží, musíte sáhnout hluboko do zasunutých znalostí. Jde-li o genetické manipulace, nestačí ani to. Dostáváte se do zcela jiného (krásného a pohádkového) světa, v němž běžná životní zkušenost i standardní biologické vzdělání mizí někam do dáli.
Tak jsem to vnímala já. Doc. RNDr. Jiří Vagera, CSc., vědecký pracovník a zároveň pedagog na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého, mne ale záhy svým jasným a přesným projevem postavil zpět na nohy a přesvědčil mne, že i velmi složité věci mohou být v zásadě pochopitelné, a tím ještě zajímavější.
„V naší laboratoři pracujeme s rostlinným materiálem in vitro (v aseptických podmínkách na umělých živných mediích). Dává nám to prostor pro řešení různé problematiky. Můžeme například získávat celý organismus (celou rostlinu) z nezralých pylových zrn, tedy z pohlavních buněk (samčích gamet), a tak odvodit geneticky zcela čistý isogenní materiál. V prostředí in vitro lze embrya získat také ze somatických (tělních, nepohlavních) buněk. To je somatická embryogeneze. Jde vlastně o klonování rostliny až na úrovni jednotlivých buněk. Vzniklí jedinci se shodují s výchozí rostlinou.
Další možností je zygotická embryogeneze. Krátce po oplození izolujeme ještě nezralé embryo a to dopěstujeme v celou rostlinu. Tento postup se používá při vzdálené hybridizaci, kdy po běžném křížení nedochází k vytvoření plnohodnotných hybridních semen. Jiná technika spočívá v tom, že rostlinné buňky enzymaticky zbavíme buněčné stěny a získáme tzv. protoplasty. Ty kultivujeme na vhodném živném mediu a přiměřenými postupy z nich nakonec může regenerovat rostlina. Buňky bez buněčné stěny mohou v podmínkách in vitro poměrně snadno splývat. To je princip somatické hybridizace.“
Špičkovou metodikou v Laboratoři genetických manipulací in vitro je cílené vnášení určitého genu (genetické informace) do rostlinné buňky. O tom ale až později.
Není knihovna jako knihovna
Nyní jsme v Laboratoři molekulární cytogenetiky a cytometrie. Přímé výstupy pro zemědělskou praxi tady nenajdete. Jde o základní výzkum a je třeba dodat, že na světové úrovni.
„Naše hlavní zaměření je studovat strukturu rostlinného genomu a pochopit, jak je dědičná informace uspořádána v buněčném jádru,“ představuje pracoviště Ing. Jaroslav Doležel, CSc. Zabýváme se zejména fyzickým mapováním a studiem struktury chromozomů. K tomu rovněž vypracováváme nové techniky. Jako jedni z mála na světě umíme chromozomy třídit pomocí průtokového cytometru a rozdělit je na frakce. To je velmi přínosné, protože celý genom je tak rozsáhlý, že jako celek jej lze studovat jen velmi obtížně. Tuto metodu jsme vypracovali pro pšenici a další obilniny a také pro některé leguminózy. O námi izolované frakce, vlastně natříděné chromozomy ve zkumavce, je ve světě velký zájem. Spolupracujeme s řadou světových pracovišť v USA, ve Francii, v Anglii, Španělsku, Číně.
Základním nástrojem při mapování genomu jsou knihovny DNA. Jde o kultury bakterií, kde v každé z nich je jiný kousek DNA, jiná informace. Jsou tím cennější, čím větší kousek DNA v sobě bakterie má, protože pravděpodobnost, že se podaří genom z těchto kousků složit, je větší. Přesto je položek velmi mnoho. Například knihovna DNA pšenice má asi milión klonů. Utřídit je dokáže pouze robot a takový jako první pracoviště v České republice vlastníme. Oba přístupy se snažíme kombinovat. Umíme vytřídit chromozomy a známe užitečnost knihoven. V současné době proto vypracováváme techniky, jimiž by bylo možné připravovat knihovny DNA ze tříděných chromozomů.“
Neuvěřitelné, že ano?
Jablko nepadá daleko od stromu
Transgenoze je cílené vnesení určitého genu do buňky. Vzniká potom geneticky modifikovaný organismus. Změna vlastností u rostlin je v podstatě základem a cílem každého šlechtění. Slavná sladovnická odrůda jarního ječmene Diamant, kterou vyšlechtil Doc. Ing. Josef Bouma, CSc., byla radiomutantem. V sortimentu byla v letech 1965 až 1976, její vlastnosti nebyly dlouho překonány a staly se základem mnoha odrůd „diamantové řady“.
„Když můj otec před lety ozářil ječmen a potom čekal, co z toho bude,“ říká Ing. Ludmila Ohnoutková, Ph.D., „bylo to vlastně nebezpečné! Nemohl vědět, co se změní, a nemohl vznik nové vlastnosti cíleně ovlivnit. Při transgenozi se do buňky dostává pouze určitý poznaný gen a ne něco jiného, jak bývá veřejnosti často předkládáno. Pojďte se ostatně podívat:
Příprava geneticky modifikovaných rostlin zahrnuje řadu kroků od správného výběru genu a přípravy konstruktu (plazmidu), který je do buňky vpravován, přes selekci a identifikaci transformovaných rostlin. Předpokladem úspěšnosti je vypracování indukčního a regeneračního systému in vitro. V rámci mezinárodního rámcového programu EU INCO-Copernicus jsme pracovali na vnesení genu pro zvýšení obsahu lyzinu a genu pro vyšší aktivitu enzymu fytázy, jehož působení zvyšuje využití i přístupnost fosforu a minerálních látek u jarního ječmene.
Geny vnášíme mikroprojektilovým přenosem (particle bombardment) do nezralých zygotických embryí. Vnášený plazmid obsahuje promotor, selekční gen, signální gen a hospodářsky významný gen. Plazmid je přenášen na mikroskopických částicích zlata. Ne každé nastřelení je ale úspěšné, ne vždy se nový gen vestaví do genomu rostlinné buňky a ne vždy se jeho účinek projeví. Je tedy nutné detekovat a izolovat geneticky pozměněné buňky. Jak jsem se už zmínila, v plazmidu je vždy selekční gen, u ječmene se nejčastěji používá gen kódující rezistenci vůči herbicidu Basta. Působíme-li účinnou látkou tohoto herbicidu, netransformované buňky zahynou a geneticky pozměněné se dále vyvíjejí. Techniku propracováváme tak, aby co největší počet buněk byl transformován a jejich detekce a selekce byly co nejpřesnější.
Klíčovým problémem už nyní není samotné vnesení genu, ale získání životaschopné rostliny, která bude stabilní ve venkovních (nebo zatím skleníkových) podmínkách a určitou vlastnost bude při křížení přenášet na potomstvo. Znamená to najít nejlepší regenerační systémy. To je nyní naším úkolem.“
Kam s nimi?
Moje otázka je pravděpodobně předčasná, ale nedokáži si ji odpustit. I v laboratoři totiž vidím před sebou pole a pěstitele.
Ústav experimentální botaniky AV ČR je pracoviště základního výzkumu. Výstupem jsou publikace ve vědeckých časopisech a přednášky na vědeckých konferencích. Logické by bylo, aby na základní výzkum navazoval výzkum aplikovaný, který by dychtivě čekal na jeho výstupy a svoje výsledky potom opravdu předával přímo do praxe, a v případě vytváření geneticky modifikovaných rostlin také šlechtění, jež by snažení vědců zakončilo novou odrůdou.
„V našem státě, bohužel, není návaznost základního a aplikovaného výzkumu v pořádku“, posteskl si Jaroslav Doležel. „Spolupráce existuje spíše na základě osobních vazeb a někdy společných grantů. Ve Francii jsem viděl, že jsou na jednom pracovišti soustředěny základní výzkum, aplikovaný výzkum a šlechtění. Zájmem státu tam je, aby se žádné nové poznatky neztratily.“
Ing. Ohnoutková jej doplňuje: „Geneticky modifikovaná rostlina je nositelem nové hospodářsky důležité vlastnosti a měla by být použita pro další šlechtění. Tady ale není návaznost nijak právně ošetřena. Přitom vytvoření geneticky modifikovného organismu (GMO) rozhodně není žádná maličkost a je to velké bohatství. My dokončíme určitý výzkum (splníme grant) a vlastně nevíme, jak bude s výsledky naloženo. To není dobrá situace.“
Výzkumné úkoly jsou financovány z grantů, tedy ze státních peněz. Také Akademie věd je státní. Projekty pro přidělení grantu jsou pečlivě posuzovány (snad), musí mít úroveň porovnatelnou se světem a jejich výsledky bývají často unikátní. Vyzkoumané už zkoumat nelze. A potom… Nemyslím si, že se náš stát dobře stará o vědu a výzkum a přitom jsou u nás špičkoví odborníci.
Závěrem se omlouvám Karlu Čapkovi, že jsem pro titulek použila jeho slova. Náš velký spisovatel a novinář psal mistrně o obyčejných věcech. Téma této reportáže obyčejné nebylo. Nebo možná v jednadvacátém století je, kdo ví?
Ing. Dušana Hofmanová
