Od pšenice po mamuty, vše, co potřebujete vědět o GMO

Otázka vědeckého hosta, Michaila Gelfanda, doktora biologie, profesora, viceprezidenta Skoltechu pro biomedicínský výzkum, vedoucího laboratoře Ústavu pro problémy s přenosem informací pojmenované po M. V. Charkevich RAS, profesor Fakulty bioinženýrství a bioinformatiky Moskevské státní univerzity, Skoltech.

Nástroj pro úpravu bodu genomu

Co mají na mysli, když mluví o typech genetické modifikace? Na základě definice se jedná o vložení fragmentů genomu z jiného organismu do genomu požadované kultury. Existují různé technické způsoby, jak toho dosáhnout. Jestliže dříve experimentální technika neumožňovala vybrat přesně místo, kam fragment genomu vložit, pak nám moderní metody umožňují vložit jej přesně na místo, kam jsme chtěli.

Musíte pochopit, že geneticky modifikované organismy a genetické inženýrství nejsou synonyma. Genetická modifikace je, když zavedete něco zvenčí, a vnitřní modifikace mohou být různé, jak chcete: můžete zlepšit práci některých genů, oslabit jiné a dokonce některé geny zlomit, pokud je nepotřebujete. Všechno je to genetické inženýrství, ale není to GMO v pravém slova smyslu. Můžete upravovat, ukazovat a měnit některé nukleotidy, jedno písmeno po druhém. Za to byla letos udělena Nobelova cena – nástroj pro bodovou úpravu genomu.

Ve skutečnosti to není jedna technika, je to celá řada experimentálních technik najednou, velmi různorodých.

Mimochodem, v tradičním šlechtění se mutageneze také urychluje: ozářením semen nebo jejich obalením nějakými mutageny a následným výběrem z toho, co se stalo. Mnoho klasických odrůd se získává náhodnou mutagenezí působením nějakého silného vnějšího zdroje – rádia nebo chemikálie, a pak podle toho výběrem. Přesně to dělali v 50. a 60. letech.

Genová modifikace je civilizovanější způsob, jak dělat to, co chceme, nikoli zařídit náhodnou mutagenezi a poté selekci, ale zařídit cílenou mutagenezi. Pokud se ale bavíme konkrétně o genetické modifikaci, ať už rýži ozařujete jakkoli, slunečnicový gen se v ní nespustí. To je výsledek, který u klasické šlechtitelské práce nelze očekávat, v přírodě se to může stát jednou za milion let: nazývá se to „horizontální přenos genů“.

Úroveň úspěchu nebo neúspěchu je velmi obtížné posoudit. Pokud jde o náhodnou mutagenezi, pak je třeba na pokusném poli vypěstovat tisíce a desetitisíce rostlin, z nich pak vybereme ty jednotky, které se nám po prohlédnutí všech vzorků líbí. Pak je třeba je velmi dlouho křížit, abychom vybrali přesně tu mutaci, kterou potřebujeme. Pokud se bavíme o genetickém inženýrství s přenosem genů mezi organismy, je to technicky obtížné. Je přece potřeba, aby se gen jen nevložil, ale aby začal fungovat, a začal pracovat ve správné tkáni, jak chceme, ve správný čas. Když vyrábíme zlatou rýži, chceme, aby se karoten produkoval v semenech, ne v listech nebo kdekoli jinde. A v tomto smyslu je to pořád dřina. Podívejte se, jak rychle se zavádějí nové odrůdy. Jedná se o malé desítky nových odrůd ročně. Pořadí je něco takového, ale neznáme jmenovatele: nevíme, na kolika kulturách lidé pracují, a nevidíme jejich selhání.

Dovedu si například představit šíleného vědce, který chce otrávit svého nejhoršího nepřítele rajčaty tím, že do těchto rajčat vloží geny muchomůrky bledé, a vyrobí tento produkt. To je ale velmi obtížná cesta. Je mnohem snazší nakrmit nepřítele tou nejbledší muchomůrkou a vydávat ji za žampiony.

V naší galerii je 18 rozhodně užitečných produktů ze seznamu WHO:

Funkce, které chceme vylepšit

Víme o mnoha vlastnostech, které geny jsou za ně zodpovědné, zvláště pokud se jedná o nějaké metabolické schopnosti. Stejně jako v případě zlaté rýže, která produkuje karoten, vitamín A, chápeme, které slunečnicové geny jsou za to zodpovědné. Když se lidé pustili do výroby artemisinu, léku proti malárii, který pelyněk běžně produkuje, našli geny kódující produkci této látky a s divokým úsilím je zavlekli do kvasinek. Když lidé nutili bakterie vyrábět lidský inzulín, věděli také, který gen kóduje inzulín.

Pokud mluvíme o něčem složitějším, například o odolnosti vůči suchu, je jasné, že tato vlastnost závisí na mnoha genech, ale některé složky jsou také jasné. Relativně řečeno, můžeme vložit nějaké vodní čerpadlo a to se projeví na odolnosti vůči suchu. Jak se to dělá? Vezmeme rostlinu a pomocí klasických a genetických metod ve spojení s novými schopnostmi sekvenování hledáme geny, které jsou zodpovědné za určité vlastnosti. Obvykle nenajdeme jeden gen, ale mnoho. A pak je můžeme jednoho po druhém přetáhnout do naší kultury – jednotlivě nebo v kombinaci – a uvidíme, jestli se to zlepší nebo ne.

Experimenty se provádějí na modelových rostlinách pěstovaných v laboratoři. Stejně jako se genetika dělá na ovocných muškách, rostlinní biologové mají také své oblíbené květiny, se kterými mohou pracovat. Vše pak jde na regulační úřad. A musím říci, že existují dvě technologie, které jsou regulovány hrozným způsobem: jsou to jaderné elektrárny a geneticky upravené organismy. Ovládání je tam naprosto otřesné. A to má vtipný následek.

Často slýcháme, že geneticky modifikované organismy jsou pro nadnárodní společnosti způsob, jak dobýt svět. Velcí monopolisté jako Bayer, Monsanto, Syngenta vytvářejí na tomto trhu oligopol. Ale to ve skutečnosti z velké části není důsledkem jejich tržní strategie (i když ne bez ní), ale jen důsledkem toho, že regulační mechanismy jsou takové, že je malá firma prostě nemůže prorazit.

Jde tedy o oligopol, který se do značné míry nevytváří ekonomickými, ale administrativními mechanismy.

Klasický výběr, na který jsou všichni zvyklí, nikdo nekontroluje. A už jsme si řekli, že za jeden znak může mnoho genů. Ale platí to i naopak – jeden gen může být zodpovědný za mnoho vlastností. Byly nádherné příklady, kdy byly brambory vybírány pro krásu hlízy a zároveň byly náhodně vybrány pro zvýšený obsah solaninu v této hlíze. Solanin je alkaloid, proto byste neměli jíst brambory. Vyrábí se v listech a bobulích, běžně se v hlíze nenachází, pokud hlíza nezezelená. Nyní, když hlíza zezelená, pak tam solanin již je. A tyto odrůdy šly do prodeje a pak byly staženy, protože se lidé začali otrávit právě tímto solaninem. To znamená, že ve skutečnosti je docela možné vytvořit, když ne monstrum, tak něco, co není zcela žádoucí klasickým výběrem.

Byl takový případ. Gen para ořechu byl transplantován do kultury sójových bobů, aby se zvýšil obsah tuku a olejnatost. A lidé s alergií na ořechy reagovali zkříženou alergií na tuto sóju. Toto je jediný takový případ a byl zachycen v rané fázi regulace: nedostal se do obchodů.

Podívejte se do naší galerie na 18 návykových potravin

GMO versus tradiční odrůdy

Nedávno uvedena na trh argentinská pšenice. Z hlediska genetického inženýrství jde o nepochybný úspěch. Z psychologického hlediska je to také úspěch. A jestli to bude ekonomický úspěch, to uvidíme, ale nejspíš ano. Tady je o čem diskutovat. Nová linie může být tak úspěšná, že vytlačí vše kolem, včetně některých tradičních odrůd, o které je škoda přijít, protože jsou zdrojem potenciální genetické diverzity pro budoucí šlechtitele. A totéž platí pro každou úspěšnou odrůdu. V tomto smyslu opět neexistuje žádná specificita genetického inženýrství. Některé oblasti – řekněme Peru – bych vyhlásil za přírodní rezervaci a zakázal bych tam sázet rajčata, kromě těch, která tam byla vysazena posledních několik tisíc let. Jen jim neprodávejte semena venku. A ti, kteří tam semínka přinesou zvenčí, budou potrestáni jako drogoví dealeři.

A obecně je to v jistém smyslu součástí kulturního dědictví. Na trhu je 40 odrůd rajčat z Peru a byla by škoda o to přijít.

Druhá věc, které se všichni bojí, je, že se geneticky modifikovaná odrůda zkříží s nějakou divokou rostlinou a upravený gen se vymkne kontrole po celém světě. Na to existují dvě odpovědi. Za prvé: zpravidla se nemá s kým křížit, protože v přírodě se mohou křížit jen velmi blízké druhy. A pokud zasadíte geneticky modifikovaný brambor v Evropě, pak se nezkříží s místním pupalkem, protože to jsou příliš odlišné rostliny.

Můžete zasadit celou Evropu geneticky modifikovanou kukuřicí a pyl bude rozfoukán větrem sem a tam, ale nový gen z této kukuřice nikoho nezasáhne, protože tu nikdo není.

Teosinte – předchůdce kukuřice – v Evropě neroste a nikdy nerostl. Křížit se mohou pouze blízce příbuzné odrůdy. Geneticky modifikovaná řepka se například může křížit s nějakým druhem řepky.

Takže první odpověď zní: jen sledujte, co a kde zasadíte, a nesázejte geneticky modifikované rostliny tam, kde mají blízkého divokého příbuzného. Druhá odpověď je tato: to protivné Monsanto, které si chce podmanit celý svět, vyrábí taková geneticky modifikovaná semena, ze kterých vyroste normální dobrá rostlina, která nedává potomky. Pokaždé, když potřebujete koupit tato semena od Monsanta. A musíme pochopit, že produkce semen a zemědělství jsou na celém světě odděleny. Neexistují žádní zemědělci, kteří si na příští rok šetří pytel pšenice, aby je mohli zasadit, a zbytek použili na mouku. Nyní semena v každém případě koupit. A mimochodem, mnohá semínka, která se používají v tradičním šlechtění, jsou také neplodná. Pokud půjdete do obchodu a koupíte si tam pytel semen okurek, pak s vysokou pravděpodobností, pokud příští rok zasadíte potomky těchto okurek, nic nevypěstujete. Jedná se o takzvané hybridy první generace: když se zkříží velmi vzdálené linie, získá se velmi silné potomstvo, ale neplodné.

Je možné vzkřísit mamuta?

Jak se stavím k myšlence obnovy vyhynulých zvířat? Podívejte se, jaká zvířata. Ale i když existuje velmi blízký moderní vzhled, je to stále obtížné. I když znáte genom mamuta, samotná znalost genomu k obnově zvířete nestačí… Tuto molekulu DNA můžete dokonce syntetizovat, ale stále ji musíte správně vložit do buňky a správně upravit tak, aby geny, které jsou potřeba práce. Proto je to beznadějný případ.

Co můžete teoreticky zkusit udělat, je obrátit evoluci zpět a poté vpřed po jiné linii. Vezmeme-li například mamuta a slona, budou mít několik milionů rozdílů v genomu. Můžete rekonstruovat genom společného předka. Pak můžete vzít vejce moderního slona a začít se samotnou úpravou genomu, za kterou udělili Nobelovu cenu, provádět změny jedno písmeno po druhém a pokaždé klonovat… Obnovte společného předka a pak začněte s vývojem. mamutí větev – začněte bourat úpravy bočního mamuta. Chce to šílený čas, naprosto šílené peníze a navíc to s vysokou pravděpodobností stejně nebude fungovat, protože nejen rozdíly jsou výrazné, ale bohužel i pořadí, ve kterém k nim došlo. Tomu se říká epistáze. Evoluce bohužel nekráčí po rovinách a měkkých kopcích, ale po klikatých stezkách.