Ve žlabu a na talíři. Co hrozí konzumentům?
Základní molekula nesoucí dědičnou informaci – deoxyribonukleová kyselina (DNA) – nijak neohrožuje na zdraví či životě ani člověka, který ji sní v potravinách, ani zvířata, která ji přijala s krmivy. To platí i v případě, že jde o DNA z geneticky modifikovaných organismů.
Savci, člověka nevyjímaje, vždy konzumovali velká množství DNA s potravou z nejrůznějších zdrojů, tj. z rostlin, živočichů i mikroorganismů, a ve vědecké literatuře nenajdeme důkaz, že by měla konzumace DNA nepříznivé následky. Přesto není tento do očí bijící fakt obecně přijímán a rizika spojená s konzumací DNA jsou často předmětem bouřlivých diskusí. Nemůžeme se jim vyhnout ani my a právě tímto tématem se dostáváme k „jádru pudla“.
Kolik „genů“ je v krmivu a potravině?
Obsah DNA v potravinách a krmivech je velice proměnlivý, ale u většiny rostlin využívaných pro tyto účely nepřesahuje 0,02 % sušiny. V některých plodinách je DNA ještě méně (0,005 % sušiny). Při trávení je DNA významně degradována už v žaludku působením kyselého prostředí (nízkého pH).
Na druhou stranu je třeba si uvědomit, že se DNA dostává do trávicího traktu i z jiných zdrojů než jen z potravy. Jde především o DNA mikroflóry trávicího traktu. Člověk má ve střevě impozantní množství bakterií – jejich počet je odhadován na 1014 a jejich druhové spektrum je odhadnuto na 500 druhů. Kromě toho se v lidském trávicím traktu vyskytuje asi 1200 druhů virů a blíže neurčený počet prvoků, hub a dalších mikroorganismů. Je to tedy velmi pestrá „zoologická zahrada“ a spektrum DNA uvolněné z uhynulých mikrobů je prakticky nepřeberné. DNA se ale uvolňuje i z odumřelých buněk epitelu střeva a v trávicím traktu je přítomna i DNA z bílých krvinek, které střeží stěny trávicího traktu před průnikem choroboplodných zárodků.
Geny využívané ke genetickým modifikacím tvoří jen malý zlomek celkového množství DNA, jež je přijato s potravou obsahující geneticky modifikované rostliny. Dimenze podílu „cizích genů“ si můžeme přiblížit na příkladu dojnice krmené kukuřičnou siláží (40 % sušiny krmné dávky) a kukuřičným šrotem (20 % sušiny krmné dávky). Předpokládejme, že jak siláž, tak šrot jsou vyrobeny výhradně z geneticky modifikované kukuřice. Gen vnesený do kukuřice při genetické modifikaci je tvořen zhruba čtyřmi tisíci písmen genetického kódu a z celkového množství DNA přijaté s potravou tvoří pouhých 0,0004 %. Převedeno do absolutních hodnot to znamená, že dojnice zkonzumuje za den 2,6 g „cizího genu“, zatímco „normální“ kukuřičné DNA zkonzumuje za den 600 mg. Už z tohoto příkladu je nad slunce jasnější, že vliv DNA z „cizích genů“ geneticky modifikovaných rostlin na zvířata je zcela zanedbatelný v porovnání s vlivem DNA, jež je rostlinám „vlastní“.
Jepičí život DNA
O tom, za jak podružný je považován vliv DNA přijímané zvířaty s potravou, svědčí velmi výmluvně skutečnost, že o obsahu DNA v jednotlivých krmivech či potravinách nenajdeme v odborné literatuře příliš mnoho údajů. Je to celkem logický důsledek faktu, že základní stavební kameny DNA (tzv. nukleotidy) jsou v potravě relativně hojně zastoupeny a za běžných okolností zvíře ani člověk nikdy netrpí jejich nedostatkem.
DNA přijatá s potravou má v trávicím traktu navíc doslova jepičí život. Trávicí enzymy a kyselé prostředí trávicího traktu ji velmi rychle rozkládají. Z enzymů se na trávení DNA podílí významně DNáza I vylučovaná slinnými žlázami, slinivkou, játry a buňkami tenkého střeva. DNáza I pracuje nejlépe v neutrálním prostředí. Další enzym štěpící DNA – DNáza II – rozkládá DNA nejlépe v kyselém prostředí (pH mezi 4,6 až 5,5). Také tento enzym je vylučován v trávicím traktu. Významně se podílí na rozkladu DNA už samotné kyselé prostředí v žaludku monogastrů nebo ve slezu přežvýkavců.
Mašinérie arzenálu rozkladných procesů má například u přežvýkavců za následek rozložení 85 % DNA přijaté s potravou na jednotlivé stavební kameny (nukleotidy) nebo dokonce na metabolity nukleotidů. Takto degradovaná DNA už v žádném případě nemůže plnit roli dědičné informace. To vše se odehraje ještě před vstupem trávené potravy do dvanáctníku.
Mohou bakterie v trávicím traktu přebírat geny z krmiva?
Není pochyb, že trávicí trakt udělá s DNA z krmiva „krátký proces“. Ale něco málo DNA tuto „procházku peklem“ přeci jen přežije. O rozsahu tohoto přežití si můžeme udělat zatím jen rámcovou představu především z výsledků pokusů na myších. Ty ale probíhají většinou za extrémních podmínek – myši dostávají „koňské“ dávky DNA, jež je navíc ve formě zvýšeně odolné vůči působení trávicích enzymů. Z těchto pokusů vyplývá, že asi 4 % celkové DNA přijaté s rostlinnou potravou je rozloženo na kusy tak velké, že by v nich mohl zůstat nenarušen i celý gen (například gen pro rezistenci vůči antibiotikům).
Platí to ale i pro přežvýkavce? Těžko říci. Už v bachoru se z buněk rostlin uvolňuje DNA, která pak volně plave v bachorové tekutině. Spolu s ní se tam nachází i obrovské množství bakterií a dalších zástupců bachorové mikroflóry. DNA uvolněná z rostlinných buněk se proto nabízí mikroflóře trávicího traktu k osvojení. Bakterie i prvoci se ale chovají k DNA ve svém okolí hodně macešsky. Vylučují velké množství enzymů štěpících DNA, které mění dědičnou informaci na „genetický šrot“. Nesmíme ale zapomínat na fakt, že bachor je velmi různorodé prostředí. Vyskytuje se tam i obrovské množství pevných částic, na které se DNA nalepí, a tím se částečně stabilizuje. Tak může v bachoru část volné DNA uniknout jinak všudypřítomné destrukci.
Při určité konstelaci můžou být v bachoru nastoleny podmínky, za nichž nelze osvojení DNA bachorovou mikroflórou vyloučit. Šance na přenos DNA z potravy na mikroflóru v dalších pasážích trávicího ústroji jsou o poznání slabší. Jakmile projde potrava slezem, kde vládne kyselé prostředí, je DNA rozložena.
Nejprve je potřeba plazmid …
Připusťme tedy, že nějaká DNA v trávicím traktu přežila a že se z ní zachovaly úseky dost dlouhé na to, aby obsahovaly nenarušený gen. To samo o sobě nestačí, aby bakterie takovou DNA jednoduše vstřebala a začala v ní obsažený gen využívat. Volná DNA se musí dosti složitě „propašovat“ do bakterie a tam musí vytvořit plazmid. Ten si můžeme zjednodušeně představit jako kus DNA, který propojením konců vytvoří kruh.
Spontánní vznik takové „kruhové DNA“ v samotné rostlině je krajně nepravděpodobný. Většina „rovných“ kusů DNA k němu ani trochu netíhne. Teoreticky by mohly být k tvorbě plazmidů přece jen náchylnější ojedinělé úseky DNA některých geneticky modifikovaných rostlin. Na seznamu „podezřelých“ figuruje například geneticky modifikovaná kukuřice Novartis 176.
Vyplývá to z vnitřního uspořádání genu použitého k modifikaci. Faktorem, který tu sehrává svou roli, je přítomnost opakujících se shodných sekvencí písmen genetického kódu. Ty mohou za určitých podmínek vytvořit jakési „lepivé konce“, které se snáze spojí a vytvoří z „rovné“ DNA kruhový objekt. Na jinak „rovné“ DNA rostliny by se pak tvořily jakési smyčky, které by se při rozkladu DNA v trávicím traktu mohly uvolnit a fungovat jako plazmid. Když si však vzali genetici zmíněnou kukuřici „na paškál“, spontánní tvorbu plazmidů nezjistili. Teprve v laboratorních podmínkách, při působení zvláštních enzymů se přece jen nějaký ten plazmid vytvořil. Byla to však zcela výjimečná záležitost. Mimo jedinečné podmínky laboratoře není něco podobného možné.
… poté kompetentní bakterie …
Ale připusťme, že náhoda je skutečně slepá a všemocná zároveň a že se v trávicím traktu člověka nebo zvířete konzumujícího geneticky modifikovanou rostlinu sešly nejneuvěřitelnější okolnosti – DNA „přežila“, zůstaly z ní dostatečně velké kusy, bakterie ji přijaly za svou, zabudovaly ji do své dědičné informace, a tak získaly nové vlastnosti. Může se něco takového opravdu stát? Osvojení cizí dědičné informace mikroflórou trávicího traktu není samozřejmostí. I k tomu musí být naplněno hned několika zcela specifických podmínek.
První podmínkou je schopnost bakterie navázat na svůj povrch DNA, s níž přijde do styku, a „natáhnout“ si ji do svého nitra (tuto schopnost označujeme jako kompetenci bakterií). O tom, jak bakterie kompetenci získávají, se ví jen málo a většina poznatků pochází z kultivací bakterií v laboratorních podmínkách. V nich si vyvine kompetenci mnoho bakterií, které za přírodních podmínek tuto schopnost zcela postrádají. Také bakterie obývající trávicí trakt zvířat mají kompetenci jen nízkou, pokud se u nich dá o kompetenci vůbec hovořit.
Ale počítejme opět jen s tou nejhorší ze špatných možností a předpokládejme, že se v trávicím traktu zvířete krmeného geneticky modifikovanými rostlinami vyskytují kompetentní bakterie, které nečekají na nic jiného než na DNA, kterou by „zhltly“.
Taková bakterie má tedy na své buňce navázánu DNA a tu musí „vtáhnout dovnitř“. Ani to není samozřejmé. Některé bakterie dokážou „spolknout“ jen DNA obsahující určitou sekvenci písmen genetického kódu. Pokud tenhle kousek v DNA chybí, bakterie tuto DNA nepřijme. U jiných mikroorganismů příjem DNA nezávisí na jejích sekvencích a pak je příjem konkrétního genu závislý na koncentraci tohoto genu v prostředí. Řekněme si rovnou, že koncentrace „cizích“ genů je v krmivu z geneticky modifikované rostliny velmi nízká. Například přenos genů pro rezistenci vůči antibiotikům bude ztížen faktem, že kromě nich se v okolí bakterie vyskytuje velké množství fragmentů, jež tyto geny ve funkční formě neobsahují. Když tedy bakterie „spolkne“ nějaký zlomek DNA, bude to s vysokou pravděpodobností něco jiného než gen pro rezistenci vůči antibiotikům. Ale všichni víme, že první výhra ve Sportce má také jen velmi malou pravděpodobnost (zhruba 1 : 15 milionům) a přesto tu a tam někdo tučný jackpot shrábne. Počítejme tedy s tím, že bakterie přijala DNA s nenarušeným genem.
… která dokáže přijatý gen zabudovat do vlastní DNA
Ani to nestačí ke vzniku bakterie vybavené novým genem, protože pak musí být naplněna ještě třetí a zřejmě nejkritičtější podmínka – stabilizace DNA v bakterii, která ji přijala. Přijatá DNA musí být zabudována do dědičné informace bakterie. To si vyžaduje, aby se část přijaté DNA s některou částí vlastní dědičné informace bakterie shodovala. Tato podmínka bude splněna skutečně jen zcela výjimečně. Existuje i teoretická možnost, že přijatá DNA vytvoří samostatný plazmid. To je ale nesmírně komplikované a celý postup vyžaduje naplnění řady postupných kroků, jež takovou událost činí opět krajně nepravděpodobnou.
Z hlediska možných rizik přenosu genů geneticky modifikované rostliny na mikroflóru je hodno zvláštního zřetele silážování geneticky modifikovaných zemědělských plodin. Na první pohled tu vznikají podmínky vhodné pro přenos genů – jsou zde bakterie i volná DNA rostliny. Ze samotného principu silážování však vyplývá, že při něm dochází k poklesu pH (okyselení) na hodnoty, při kterých je rostlinná DNA ničena. Vhodné podmínky pro případný přenos genů ze silážované rostlinné hmoty na bakterie proto panují především v počáteční fázi silážování, kdy se siláž ještě příliš neokyselila. Pokusy s geneticky modifikovanou kukuřicí ale prokázaly, že ani za těchto podmínek ke „stěhování“ genů ze silážované hmoty na bakterie nedochází.
Přenos genů je krajně nepravděpodobný
Předchozí odstavce v drtivé většině končí konstatování, že jednotlivé kroky nezbytné pro přenos genů z geneticky modifikovaných rostlin na mikroorganismy jsou krajně nepravděpodobné. Mnohonásobně nepravděpodobnější je proto kompletace jednotlivých kroků do úspěšného přenosu genů. Přesto nelze přenos genů z geneticky modifikovaných rostlin na bakterie žijící v těle zvířat krmených těmito rostlinami s úplnou jistotou vyloučit. Odhaduje se, že pokud k němu dochází, pak se tak děje s frekvenci 10-11 až 10-13 na každý kontakt bakterie s DNA, jež splňuje všechny podmínky pro úspěšný přenos do bakterie. Znamená to, že tuto pravděpodobnost bychom mohli vyjádřit číslem, kde by za desetinnou čárkou figurovalo deset až dvanáct nul a teprve na dalším místě bychom mohli napsat jedničku. Pro porovnání, četnost spontánních mutací u bakterií se pohybuje zhruba kolem 10-8 až 10-9.
Přes svou nepravděpodobnost se může tento jev zdát důležitý z hlediska přenosu genů pro rezistenci vůči antibiotikům. Můžeme si říci, že pravděpodobnost je sice nízká, ale možné důsledky v podobě vzniku choroboplodných bakterií odolávajících lékům jsou natolik děsivé, že nad nimi nelze jen tak mávnout rukou.
Na tomto místě je však třeba zdůraznit, že zdroje vzniku a šíření bakterií odolných vůči antibiotikům musíme hledat jinde, například v krmení antibiotik u zvířat nebo v léčbě antibiotiky u zvířat i lidí. Není žádným tajemstvím, že mnohé země ignorují zásadu, že se zvířatům nesmějí zkrmovat antibiotika používaná v humánní medicíně. Pokud tak vznikne vůči antibiotiku odolný původce závažného onemocnění, nelze zabránit jeho šíření z nezodpovědných zemí na obyvatelstvo zemí, jež si v používání antibiotik počínají racionálně.
Vzniku rezistentních kmenů obecně nelze zabránit. Rezistentní kmeny bakterií vznikaly spontánně už v samých počátcích používání antibiotik. Například první kmeny stafylokoků rezistentních proti penicilinu se objevily už ve čtyřicátých letech minulého století, kdy nebylo po geneticky modifikovaných organismech ještě ani vidu, ani slechu. Volání po „zastavení přívalu“ rezistentních bakterií z geneticky modifikovaných rostlin se podobá nářku hospodyňky, která stojí v kuchyni po pás ve vodě z nedaleké rozvodněné řeky a přitom lamentuje nad kapajícím kohoutkem u kuchyňského dřezu. Bakterie rezistentní vůči antibiotikům se na nás valí úplně odjinud než z krmiv či potravin vyrobených z geneticky modifikovaných organismů a představují pro současnou medicínu bezesporu obrovský problém.
Mohou lidé a zvířata získávat geny ze zkrmovaných GMO?
Ve chvíli, kdy jsme připustili možnost, že se všechna DNA z potravy v trávicím traktu živočichů úplně nerozloží, nastolili jsme otázku pravděpodobnosti přenosu této DNA do organismu zvířete. Část „přežívající“ DNA z krmiva může být zachycena buď přímo buňkami střevní sliznice, nebo buňkami imunitního sytému. Poškození střevní sliznice při střevních onemocněních může vyhlídky na zachycení DNA buňkami střevní sliznice ještě zvýšit, protože za těchto podmínek mohou pronikat velké molekuly, včetně DNA, hlouběji do stěny střeva.
Lze ale předpokládat, že největší množství DNA bude zachyceno fagocytózou bílými krvinkami.Ve prospěch tohoto předpokladu hovoří výsledky experimentů, při kterých byly dojnice krmeny krmivem s přídavkem sójového šrotu vyrobeného z geneticky modifikované sóji a následně byla prokázána přítomnost maličkých fragmentů DNA (nikoli celých genů), evidentně pocházejících z této sóji, v bílých krvinkách pokusných zvířat. Nebyla ale prokázána přítomnost této DNA v mléce. Je zřejmé, že stejně tak zachytí bílé krvinky i části DNA pocházející z geneticky nemodifikovaných rostlin nebo DNA bakterií.
Velmi zajímavé, na první pohled alarmující výsledky poskytl pokus, při kterém byla laboratorním myším podávána v krmivu DNA viru (bakteriofága). Následně byla dědičná informace viru odhalena na mnoha místech těla pokusných myší. Při pokusech s březími myšími samicemi byla prokázána přítomnost dědičné informace bakteriofágu dokonce i v tělech plodů a novorozených mláďat. Tyto nálezy byly interpretovány jako důkazy o přestupu molekul DNA z potravy do krve a následně přes placentu do organismu plodu. Nálezy však byly zcela ojedinělé a lze je vysvětlit migrací leukocytů přes střevní stěnu a přes placentu. To není neobvyklé zvláště u hlodavců, kde jsou bariéry tkání placenty o poznání prostupnější než v případě přežvýkavců. V této souvislosti je třeba se zmínit o faktu, že lidská placenta se svou prostupností blíží spíše placentě myši než placentě skotu.
Obecnou platnost výsledků těchto studií významně zpochybňuje povaha použité dědičné informace. Šlo o dědičnou informaci bakteriofágu namnoženou v bakteriích. Taková DNA má některé velmi specifické vlastnosti. Díky nim silně dráždí imunitní systém savců a navíc je výrazně odolnější vůči působení prostředí savčího trávicího traktu. Tak zřejmě došlo k tomu, že tuto DNA zachytily fagocytující bílé krvinky a zanesly DNA bakteriofágu do různých částí těla. Navíc bylo v pokusech myším podáváno obrovské množství bakteriofágové DNA. Ta by co do váhového množství odpovídala veškeré DNA, kterou přijme dojnice s potravou za 24 hodin. Celkem reálná je i možností, že zachycené slaboučké stopy po přítomnosti DNA bakteriofága v těle pokusných myší byly jen důsledkem chyb v laboratorní práci.
Co kdyby přece?
Pokračujme avšak důsledně v naší hře na „kdyby“ a připusťme možnost, že určité množství DNA může přestupovat z potravy do organismu konzumenta. Pak se musíme velmi zodpovědně zabývat možnými následky.
V krajním případě by mohlo dojít k fungování rostlinného genu v zasažené buňce těla živočicha a k tvorbě rostlinné bílkoviny v živočišném organismu. K tomu by však muselo být splněno hned několik podmínek. Gen by se musel „vmáčknout“ do té části příjemcovy dědičné informace, kde jsou geny předurčeny k práci na plný výkon a nikoli k hlubokému spánku (v buňkách savců většina genů nepracuje, ale spokojeně spí). Gen by musel mít také to štěstí, aby se nablízku jeho nového „domova“ nacházely ty části dědičné informace živočicha, které jsou schopny rostlinný gen uvést do chodu. Ale připusťme, že se stane i to.
Pravděpodobnost, že se do dědičné informace živočišné buňky zabuduje právě gen zodpovědný za genetickou modifikaci, je vzhledem k počtu všech genů v rostlinné dědičné informaci přinejmenším 1 : 25 000. V případě obilnin bude zřejmě ještě nižší, protože počet genů pšenice či rýže se odhaduje na 80 000. K přenosu „normálních“ rostlinných genů z DNA přijaté s potravou by proto mělo docházet řádově desettisíckrát častěji než k přenosu genu zodpovědného za genetickou modifikaci rostlin.
Zatím ale nebyl v dědičné informaci žádného živočicha nalezen gen, který by pocházel z rostlin. Přitom dědičná informace byla zatím kompletně „přečtena“ u mušky octomilky, včely medonosné, komára anofela, hlísta Caenorhabtitis elegans, sumky Ciona intestinalis, u dvou ryb z rodu Tetraodon, kura domácího, u myši, potkana, šimpanze, skotu a člověka. V různém stadiu „rozečtení“ jsou genomy mnoha dalších tvorů. Tyto organismy se po miliony let evoluce soustavně živily hmotou jiných organismů, včetně rostlin, a tudíž přijímaly i jejich DNA. Proto lze přenos rostlinné DNA na živočichy konzumací potravy považovat téměř s jistotou za vyloučený.
Pokud bychom ale tuto možnost přeci jen připustili, pak by ani tvorba rostlinného proteinu v těle živočicha nepředstavovala velké riziko. Již jsme si vysvětlili, že bílkoviny tvořené podle genů použitých ke genetické modifikaci rostlin jsou podrobeny vyčerpávajícím toxikologickým testům. Bílkovina tvořená podle „cizího“ genu by nepředstavovala pro zvíře či člověka žádné zdravotní riziko. Navíc jako příjemci dědičné informace z geneticky modifikované rostliny připadají v úvahu nejspíše krajně specializované buňky, které se už dále nemnoží (například bílé krvinky). Tvorba rostlinné bílkoviny by se tak omezila na jednotlivé buňky, a to jen po dobu jejich poměrné krátkého života v těle živočicha.
Astronomicky malé riziko
Vmáčknutí rostlinného genu do dědičné informace živočišné buňky může teoreticky vyvolat tzv. inserční mutaci (tedy narušení vlastního genu živočicha, do kterého se „naboural přijatý gen rostliny), ale ani ta by neměla pro takto postiženou buňku fatální následky, protože savčí dědičná informace obsahuje drtivou většinu genů ve „dvojím vydání“ (savci jsou diploidní, jednu kompletní sadu dědičné informace dědí po matce a druhou od otce). Výpadek genu porušeného inerční mutací by nahradil účinek genu z druhé sady dědičné informace.
Také riziko vyvolání rakovinného bujení poté, co by nově zabudovaný rostlinný gen v živočišné buňce aktivoval geny zodpovědné za regulaci množení buňky, se zdá astronomicky malé. Můžeme přitom vycházet z odhadu rizika indukce rakovinného bujení po injekci DNA do svalu, jež se odhaduje nejvýše na 1 : 106.. Ovšem přenos genů po injekci DNA do svalu má o mnoho řádů vyšší účinnost, než jakou můžeme předpokládat při přenosu DNA z potravy.
Už v souvislosti s degradací DNA v siláži jsme narazili na fakt, že při přípravě mnoha potravin pro lidskou spotřebu a krmiv pro hospodářská zvířata může být DNA různou měrou narušena. Mletí a šrotování má na DNA krmiva jen malý vliv. Lisování oleje nebo jeho extrakce ale vyvolává masivní rozklad DNA. Je zajímavé, že ohřátí za sucha na teplotu 90 oC DNA krmiva výrazně nenaruší, ale zahřátí za stejných podmínek na 95 oC po dobu pěti minut už DNA rozkládá. Také vystavení krmiva účinkům páry vyvolá i za nízkého tlaku masivní rozklad DNA. To je tedy další a velmi významný faktor, který činí z přenosu genů z krmiva na člověka a zvíře zcela nepravděpodobnou záležitost.
Prof. Ing. Jaroslav Petr, DrSc.,
Výzkumný ústav živočišné výroby,
Praha-Uhříněves
