Co jsou GM plodiny
Zápisem geneticky modifikované kukuřice linie MON 810 do evropského registru odrůd skončila jedna etapa našeho zemědělství. Skončily dohady o tom, zda vůbec a pokud ano, za jakých podmínek budou u nás pěstovány geneticky modifikované plodiny.
Zápisem do evropského registru se dostala GM kukuřice do legálního rejstříku plodin. Už se neptáme, zda můžeme transgenní plodiny pěstovat. Otázka zní, zda chceme. A na tu si musí odpovědět každý sám.
Není pochyb o tom, že dobrý hospodář bude hledat odpověď v seriózních zdrojích informací a při rozhodování nezapomene vzít do ruky kalkulačku. I do naší země tak dorazil trend, který formuje vývoj světového zemědělství už dlouhou řadu let. Plochy, na kterých jsou pěstovány GM plodiny ve světě, neustále rostou a v posledních letech přesahuje jejich roční nárůst 10 %. Plných 99 % plochy všech pěstovaných transgenních plodin připadá na řepku, kukuřici, sóju a bavlník. Zvláště významný je podíl geneticky modifikovaných odrůd u sóji. Spojené státy americké, odpovědné za 70 % světové produkce sóji, pěstují geneticky modifikované odrůdy na 80 % plochy.
Už z těchto čísel je zřejmé, že se geneticky modifikované plodiny ve světě nezadržitelně prosazují. Evropa si však stále ještě zakládá na pověsti „ostrova“, který geneticky modifikovaným plodinám není příznivě nakloněn. Se zřetelem na důraz, jaký je v současnosti kladen na kvalitu potravin, se odborná i laickou veřejnost ocitá tváří v tvář hned několika naléhavým otázkám. Co jsou geneticky modifikované plodiny? Jak je prověřována jejich bezpečnost? Jaká rizika se pojí s jejich konzumací lidmi a zkrmováním zvířatům? Za jakých podmínek je budeme moci pěstovat? Odpovědi by měl přinést tento seriál.
Krátký úvod do modifikací rostlin
V rozporu s míněním ne nepodstatné části laické veřejnosti jsou geny a dědičná informace nedílnou součástí každého živého organismu, rostliny nevyjímaje. Genom vyšších rostlin bývá značně rozsáhlý. I když modelová rostlina huseníček Thalův (Arabidopsis thaliana) má doslova „kapesní“ dědičnou informaci tvořenou jen 126 miliony písmen genetického kódu (tzv. bazí) a disponuje v ní 24 498 geny, jiné rostliny mají genom podstatně větší. U některých borovic se skládá z 20 miliard bazí a počet genů pšenice se odhaduje na 85 000. Pro porovnání – lidský genom obsahuje 3,2 miliardy bazí a zhruba 25 tisíc genů.
Dědičná informace zemědělských plodin prošla během jejich domestikace a následného šlechtění dramatickou proměnou. Šlechtitelé si přitom vypomáhali i mezidruhovým křížením nebo umělým navozováním mutací. Většina těchto šlechtění probíhala metodou pokusů a omylů. S prudkým rozvojem molekulární genetiky se otevřela možnost zasáhnout do dědičné informace rostlin zcela cíleně. Takový cílený zákrok je označován jako genetická modifikace a jeho využití pro šlechtění zemědělských plodin lze považovat za celkem logické pokračováním procesu, jenž započal před více než deseti tisíciletími domestikací planě rostoucích rostlin.
Metod pro cílený zásah do dědičné informace rostlin existuje celá řada. K nejpoužívanějším patří způsoby založené na přirozené schopnosti bakterie Agrobacterium tumefaciens vnášet část vlastní dědičné informace (tzv. T-DNA) do genomu rostlin. V T-DNA vnáší bakterie do rostlinných buněk geny pro produkci rostlinných hormonů, a tím je nutí k množení. Na rostlině vzniká nádor, jehož buňky díky dalším genům bakteriálního původu produkují látky zvané opiny. Ty slouží bakterií jako zdroj energie, uhlíku i dusíku. Bakterie tak přetváří rostlinná pletiva pro svou potřebu a je vlastně jakýmsi přírodním genovým inženýrem.
Metodami genového inženýrství lze bakterie Agrobacterium tumefaciens upravit tak, že si plně uchovají schopnost přenosu genů do rostlinného genomu, ale přenášejí takto geny, které jim do dědičné informace „podstrčil“ člověk. Při vlastní genetické modifikaci jsou rostlinné buňky pěstované na agarových mediích vystaveny účinku geneticky pozměněných bakterií Agrobacterium tumefaciens. Bakteriím poskytneme na toto „pašování“ genů několik dní a pak je usmrtíme přídavkem antibiotik. Genetická modifikace zdaleka neproběhne zdárně u všech buněk, a tak je zapotřebí „oddělit zrno od plev“. Pro tyto účely musí být do dědičné informace rostlinných buněk vneseny i geny, které umožňují oddělit buňky, kde došlo k zabudování genů prostřednictvím bakteriálního „trojského koně“, od buněk, kam bakterie geny nevpravila. Velmi často poslouží po selekci gen dodávající rostlinným buňkám odolnost vůči antibiotiku kanamycinu nebo jinému faktoru (gen pro odolnost vůči antibiotiku hygromycinu, herbicidu fosfinotricinu nebo cukru manóze). Z takto získaných buněk se v laboratorních podmínkách vypěstují rostliny.
Z dalších metod přenosu genů do genomu rostlin stojí za zmínku přímé „nastřelování“ genů do rostlinných buněk pomocí zařízení označovaného jako gene gun (česky cosi jako genové dělo). To umožní nastřelit do rostlinných buněk mikroskopické částečky zlata nebo wolframu potažené genem, jenž má být vnesen do genomu rostliny.
V současné době převažují mezi geny používanými pro genetické modifikace rostlin takové, které zajišťují rezistenci rostlin vůči herbicidům, hmyzím škůdcům a virovým chorobám.
Transgenní rostliny s rezistencí vůči herbicidům
První geneticky modifikovaná rostlina vstoupila do České republiky oficiálně 14. května roku 2001, kdy byla povolena ke zpracování (nikoli pro pěstování) geneticky modifikovaná sója odolná vůči herbicidu Roundup. Konkrétně šlo o sóju linie GTS 40-3-2 a veškeré potomstvo odvozené od této linie tradičními šlechtitelskými postupy. Česká republika tímto rozhodnutím vlastně jen vzala na vědomí skutečnost, že podstatná část světové produkce sóji (více než polovina) pochází z ploch osetých GM odrůdami. Produkce sóji, jež je garantována jako prostá genetické modifikace, je prakticky zanedbatelná.
Roční produkce sóji se pohybuje kolem 300 milionů tun a sója garantovaná jako prostá genetické modifikace představuje asi jedno promile tohoto množství. Z toho vyplývá, že většina dodávek sóji obsahuje s celkem značnou pravděpodobností různě velkou příměs geneticky modifikovaného materiálu. Není to nic nedovoleného. Liteře zákona je učiněno zadost, pokud je výskyt transgenní sóji jasně deklarován.
Nečestného nebo protizákonného jednání se nedopouští ani potravinářský závod nebo výrobce krmiv, který GM sóju použije. Opět za předpokladu, že si tuto skutečnost nenechá pro sebe. Protizákonně proto nejedná ani chovatel, který krmí svá zvířata krmivy s obsahem geneticky modifikovaných plodin, i když smlouvy, které uzavírá s odběrateli, po něm mohou požadovat vyloučení geneticky modifikovaných krmiv z krmné dávky. To už je ale otázka obchodních vztahů a nikoli legislativy upravující nakládání s transgenními plodinami a jejich produkty. Je nicméně smutnou skutečností, že tyto smluvní vztahy jdou velmi často daleko za rámec platné evropské i národní legislativy. S geneticky modifikovanou sójou se pojí i několik „skandálů“, jež se v nedávné době odehrály v naší republice, a to je o důvod navíc, abychom se podívali na geneticky modifikovanou sóju odolnou vůči herbicidu Roundup poněkud blíže.
Jak obejít glyfosát
Aktivní složkou herbicidu Roundup je glyfosát, což je chemicky velmi jednoduchá molekula odvozená od aminokyselin. Účinek herbicidů na bázi glyfosátu je založen na jejich schopnosti blokovat rostlinný enzym 5-enolpyruvylšikimát-3-fosfátsyntázu (nikoho asi nepřekvapí, že většina odborníků upřednostňuje před plným názvem jeho zkratku EPSPS). Rostlina, u které glyfosát zablokuje enzym EPSPS, nedokáže vyrábět aromatickou aminokyselinu šikimát a hyne. Glyfosát je pro tuto svou vlastnost neselektivním herbicidem působícím na všechny zelené rostliny.
Roundup se zdaleka nepoužívá jen na geneticky modifikované plodiny, jež jsou vůči němu odolné. V současné době patří k nejrozšířenějším herbicidům a i u nás jej lze běžně koupit v maloobchodě. Používá se v dávkách 0,15 až 2,00 l/ha. Člověka by ohrozilo na zdraví, kdyby vypil množství určené k postřiku půlhektarového pozemku. V porovnání s jinými herbicidy je tedy relativně neškodný. Není jedovatý pro půdní mikroorganismy ani živočichy (od hmyzu až po obratlovce včetně savců), v rostlinách a v půdě se rychle rozkládá.
Geneticky modifikovaná sója odolná vůči glyfosátu (sója Roundup Ready – tedy „na Roundup připravená“) má dědičnou informaci obohacenu o gen EPSPS izolovaný z bakterií, podle nějž se vyrábí enzym EPSPS s nízkou schopností vazby na glyfosát. Díky tomu, že se glyfosát na tuto variantu enzymu „nechytne“, dokáže rostlina produkovat pro ni nezbytný šikimát i v přítomnosti glyfosátu a herbicidu odolává.
Stejnou odolnost vůči glyfosátu lze navodit i přenosem genu zajišťujícího produkci enzymu glyfosát oxidoreduktázy (zkráceně GOX), který glyfosát v rostlinné buňce rozloží dříve, než herbicid stačí napáchat nějakou škodu. Této strategie pro získání odolnosti vůči glyfosátu bylo použito například u řepky. V některých geneticky modifikovaných odrůdách jsou použity oba tyto geny (tedy GOX i „odolný“ EPSPS), čímž je dosaženo vysoké tolerance rostliny k herbicidu.
Přináší nejen zisk
Geneticky modifikované rostliny odolné vůči glyfosátu nejsou jedinými transgenními rostlinami odolávajícími herbicidům. Další geny dodávají toleranci k herbicidu fosfinotricinu, látce produkované biotechnologicky některými aktinomycetami. Fosfinotricin je účinným inhibitorem glutaminsyntetázy rostlin. Tento enzym mění amoniak na glutamát, a tím se významně podílí na odstranění tohoto toxického metabolitu z organismu rostliny. Aktinomycety produkující fosfinotricin mají ve své dědičné informaci i gen pro typ glutaminsyntetázy odolné vůči inhibici fosfinotricinem. Ten byl použit pro tvorbu geneticky modifikovaných rostlin odolných vůči fosfinotricinu dodávanému do obchodní sítě pod komerčním názvem Liberty.
Rejstřík genů dodávajících rostlinám na odolnosti vůči herbicidům je bohatý a pokrývá různé typy herbicidů. Na druhé straně jsou ale vyráběny desítky herbicidů, u nichž zatím nejsou k dispozici geny zajišťující rostlinám odolnost proti jejich účinku. Z pěstovaných geneticky modifikovaných plodin patří plné tři čtvrtiny právě k plodinám odolným vůči herbicidům. Jejich pěstování je výhodné pro farmáře. Pěstitelé sóji bojující s 22 druhy nejdůležitějších plevelů mohou při pěstování Roundup Ready odrůd snížit celkový počet postřiků a zúžit jejich původně velmi široké spektrum na jediný. Zároveň se snižuje potřeba dalších zásahů do porostů namířených proti plevelům. Při pěstování sóji odolné vůči herbicidům proto klesá vedle spotřeby herbicidů i spotřeba pohonných hmot. Odhaduje se, že američtí farmáři ročně ušetří pěstováním Roundup Ready sóji asi miliardu dolarů.
Zkrátka nepřichází ani životní prostředí díky celkové nižšímu zatížení pozemku herbicidy a redukci eroze. Nejnovější studie z čínského venkova jasně ukazují, že zavedení geneticky modifikované sóji, která nepotřebuje tolik pesticidů, se promítlo pozitivně do zdravotního stavu tamních rolníků, kteří už nejsou vystaveni působení donedávna hojně používaných vysoce toxických herbicidů.
Rezistence vůči škůdcům
Pro nás je momentálně nejzajímavějším zástupcem této početné skupiny geneticky modifikovaných rostlin již zmíněná kukuřice MON 810. Její příběh je v mnoha směrech poučný. Ještě na jaře roku 2003 o ni sváděli v naší republice urputný boj ekologičtí aktivisté s firmou Monsanto. Firma požádala Ministerstvo životního prostředí ČR o povolení k odrůdovým zkouškám na českých zkušebních stanicích. Ekologičtí aktivisté jako účastníci správního řízení byli ostře proti a využili všech prostředků, aby odrůdovým zkouškám zabránili. Diskuse „pro“ a „proti“ geneticky modifikované kukuřici byly mnohdy velmi vypjaté a plné emocí.
S naším vstupem do EU a následným zápisem kukuřice MON 810 do evropského registru odrůd jako první geneticky modifikované plodiny se nedávné boje a střety ukázaly jako žabomyší války. Kukuřice MON 810 se rázem stala legální součástí našeho sortimentu odrůd. Může ji pěstovat, kdo chce. Je proto vhodné vysvětlit si právě na této tzv. Bt-kukuřici princip genetických modifikacích zajišťujících plodinám odolnost proti hmyzím škůdcům.
Ty jsou založeny na účinku -endotoxinu produkovaného bakterií Bacillus thuringiensis. Nejde o „jed spadlý z nebe“. Bakterie, jež jej produkují, byly objeveny už v roce 1902 v jednom japonském chovu bource morušového, kde vyvolaly masový úhyn motýlů. Spory této bakterie obsahují bílkovinu, která sama o sobě toxická není a na účinný toxin se mění teprve rozkladem v trávicím traktu hmyzu. Bílkovinná surovina musí být rozpuštěna v zásaditém prostředí a z obou konců „olámána“ enzymy ze střeva hmyzu. Vznikne tak asi poloviční molekula, která se váže na povrch střevních buněk hmyzu a vyvolá jejich zničení. Hmyz tak hyne na „proděravění střev“.
Této vlastnosti Bt-toxinů (tedy endotoxinů z Bacillus thuringiensis) se využívá po dlouhá desetiletí. Bakterie se uplatňují jako bioinsekticidy k ochraně polních plodin proti více než 300 druhům hmyzu, a to i u nás. Nejsou proto ani v českém zemědělství ničím novým. Byly s nimi ale vždycky potíže, protože byly drahé a nevydržely v prostředí dostatečně dlouho. Pokud se neměli škůdci z postřiku bioinsekticidem zase vzpamatovat, muselo se ošetření opakovat.
Tyto potíže odstraňují rostliny, do jejichž dědičné informace byl metodami genového inženýrství vnesen gen pro Bt-toxin. Škůdce, který požírá pletiva této rostliny, přijímá s potravou zároveň i Bt-toxin, ten se v jeho střevě aktivuje a následně zahubí. Endotoxiny z různých kmenů Bacillus thuringiensis působí specificky na zcela určité skupiny hmyzu.Volbou typu endotoxinu lze cílit účinek „rostlinného herbicidu“ například na motýly, dvoukřídlý hmyz či brouky. Byly objeveny Bt-toxiny účinné i na háďátka.
Nyní se používají i laboratorně upravené geny pro formy toxinu, které se od přírodních forem liší vyšší produkcí toxinu v rostlině. Pěstování zemědělských plodin s genem pro endotoxin Bacillus thuringiensis začalo v roce 1996 a v současnosti se týká dlouhé řady odrůd kukuřice, bavlníku, sóji, brambor a jiných kulturních rostlin.
Farmáři opět z této nové vlastnosti zemědělských plodin výrazně těží. Nemusí používat pesticidy. Pro ilustraci dodejme, že geneticky nemodifikovanou kukuřici stříkal floridský farmář v tamním klimatu příznivě nakloněnému škůdcům za rok i 12krát. U kukuřice s genem pro Bt-toxin klesl průměrný počet postřiků insekticidy na dva za rok. To s sebou opět nese výrazné úspory na postřicích i pohonných hmotách. V neposlední řadě šetří pěstování plodin rezistentních vůči hmyzím škůdcům i životní prostředí. Klesá zátěž pesticidy a navíc jsou chráněny druhy hmyzu, na něž není účinek konkrétního Bt-toxinu cílen. Klasické insekticidy si na rozdíl od Bt-toxinu mezi hmyzem nevybírají a hubí plošně všechno – i druhy, které farmáři pomáhají jako přirození nepřátelé polních hmyzích škůdců. Pro českého zemědělce může být Bt-kukuřice do budoucna zajímavá například se zřetelem na šířícího se škůdce zavíječe kukuřičného.
Bezpečnost zaručena
Přítomnost „čehosi jedovatého“ v rostlině zakládá podezření, že by se člověk nebo zvířata mohli geneticky modifikovanými rostlinami s genem pro Bt toxin snad i otrávit. Bezpečnosti geneticky modifikovaných plodin a jejích produktů se budeme věnovat později, a proto si uveďme jen pár údajů týkajících se specificky Bt-toxinu. I ty bychom mohli opominout s odůvodněním, že desetiletí trvající používání Bt-toxinů v postřicích jako bioinsekticidů nemělo žádné negativní důsledky na zdraví lidí ani zvířat.
Připomeňme si, že účinný toxin vzniká v alkalickém prostředí střeva hmyzu přispěním enzymů. V trávicím traktu obratlovců ale vládne kyselé prostředí, takže se tam Bt-toxin nerozpustí. Pro účinek Bt-toxinu je nutná vazba „olámané“ účinné molekuly na specifické části střevních buněk hmyzu. V buňkách obratlovců tato vazebná místa chybějí. V těle člověka či zvířat tedy účinná molekula nevzniká a i kdyby vznikla, není schopná projevit své „vražedné“ účinky.
Jasně to lze demonstrovat na výsledcích pokusů s potkany, při kterých zvířata přijímala s krmivem velká množství různých forem Bt-toxinů. Nebyl pozorován žádný efekt ani u dávek vyšších než 3,75 g Bt-toxinu na 1 kg živé hmotnosti potkana. Pokud by mělo dvouleté dítě konzumací popcornu vyrobeného z Bt-kukuřice přijmout odpovídající dávku, muselo by spořádat této pochoutky skoro 14 kg. Jen pro porovnání: stejná dávka obyčejné kuchyňské soli, tj. dávka 3,75 gramů na 1 kg živé hmotnosti, zabije polovinu pokusných potkanů. Naopak, zdravotní problémy se projeví u pokusných potkanů i při mnohem nižších dávkách látek, na které se nedíváme s takovým podezřením jako na Bt-toxiny z geneticky modifikovaných rostlin. U kofeinu má na pokusné potkany negativní efekt už dávka 0,025 gramu na 1 kg živé hmotnosti, u vitaminu A stačí k narušení zdraví dávka 0,0043 g/ kg ž. hm, u herbicidu 2,4-D vyvolá zdravotní obtíže dávka 0,001 g/kg ž. hm.
Oponenti geneticky modifikovaných rostlin jistě namítnou, že to jsou jednorázové dávky, zatímco v případě Bt-toxinu mohou být lidé i zvířata vystaveni jeho účinku dlouhodobě. Jedovaté bílkoviny ale nemají tzv. kumulativní účinek, jako je tomu například u těžkých kovů nebo polychlorovaných bifenylů, jež se postupně hromadí v lidském či zvířecím těle. Pokud je bílkovina toxická, projeví se její účinky hned. Produkty z Bt-plodin mohou naopak přispět k výrazně nižší „jedovatosti“ potravin a krmiv pro lidi i zvířata se zřetelem na fakt, že kukuřice napadená škůdci bývá často zaplísněná, a to s sebou nese vysoké riziko tvorby plísňových jedů (mykotoxinů). O jejich škodlivém účinku na lidské zdravé není pochyb (u člověka vyvolávají například nádorová onemocnění jater) a navíc se tyto nebezpečné látky předávají v potravním řetězci z krmiva na zvíře a z živočišných produktů na člověka.
Modifikací je bezpočet
Možností ovlivnění vlastností rostlin genetickými modifikacemi je bezpočet. Z hlediska současného stavu při využívání GM plodin jsou nejdůležitější dva výše uvedené typy. Do budoucna se zcela jistě výrazněji prosadí geneticky modifikované krmné plodiny odolné vůči virům. Odolnost je navozena přenosem genu pro bílkovinu z pláště viru, jež je následně vyráběna buňkami transgenní rostliny. Tento typ modifikace už našel uplatnění například u bramboru. Dalším perspektivním typem genetických modifikací jsou zásahy do dědičné informace, které mají za následek změny ve složení olejů. Tak byly získány GM odrůdy řepky se zvýšeným zastoupením kyseliny laurové a myristové, jejichž olej je vhodnější surovinou pro kosmetický průmysl.
Samostatnou skupinu představují rostliny přeměněné genetickou modifikací na zdroj farmaceuticky využitelných látek. V prevenci infekčních chorob ve třetím světě by mohly sehrát významnou roli tzv. jedlé vakcíny, což jsou geneticky modifikované rostliny, jež po konzumaci nabudí imunitní systém konzumenta proti vybranému choroboplodnému zárodku (například proti virům hepatitidy či obrny nebo bakteriím tuberkulózy). Z hlediska humánní výživy lze považovat za perspektivní plodiny, které budou mít genetickou modifikací zvýšen obsah vitaminů, minerálů, stopových prvků apod.
I z tohoto stručného a notně neúplného výčtu jasně vyplývá, že geneticky modifikované zemědělské plodiny jsou pro zemědělství obrovským příslibem do blízké i vzdálenější budoucnosti.
Prof. Ing. Jaroslav Petr, DrSc.,
Výzkumný ústav živočišné výroby,
Praha-Uhříněves
