Geneticky modifikované organizmy 1

Geneticky modifikované organizmy 1

 

Hmyzuvzdorné transgenní odrůdy – pohled entomologa

 

Ivan Hrdý

 

Co že jsem to chtěl říci? Už vím, nic; nebo jen to, že

život je složitější, než si kdo může představit.

Karel Čapek: Zahradníkův rok

 

Připomeňme: Dosud nejčastějšími vlastnostmi zabudovanými do transgenních rostlin jsou odolnost k hmyzu, tolerance k herbicidům, oddálené zrání plodů a vylepšená výživná hodnota plodiny. Oproti tradičním šlechtitelským postupům je dnes možné konstruovat nové odrůdy daleko rychleji a využít k vylepšení plodin geneticky podmíněné vlastnosti z fylogeneticky velmi vzdálených taxonů.

 

Transgenní odrůdy – pro a proti

Od poloviny devadesátých let 20. století nacházejí nové transgenní odrůdy uplatnění v USA, v Kanadě a v některých rozvojových zemích. V roce 1999 bylo osázeno již 40 milionů hektarů zemědělsky obdělávané půdy transgenními rostlinami, zejména kukuřicí, sójou, bavlnou a řepkou. V USA vyrostlo v roce 2000 zhruba 30 až 50 % kukuřice, sóji a bavlny z transgenního osiva.

Propagátoři geneticky modifikovaných rostlin argumentují sníženou spotřebou chemických pesticidů a vyšší produktivitou zemědělství. Nelze však přehlížet ani možná rizika. Působky odpovědné za odolnost geneticky modifikovaných rostlin vůči škůdcům nebo za odolnost k herbicidům (přípravkům k hubení plevelů) přetrvávají v plodinách i v potravinách. V této souvislosti se uvádějí případné zdravotní problémy, např. nebezpečí vzniku alergií. K ekologickým rizikům patří možné šíření nežádoucích genů, např. pylem, a riziko vzniku „superplevelů“ tolerantních k herbicidům. Největší riziko spatřuji v hrozícím paušálním zavádění odolných transgenních rostlin v situacích, kdy jejich použití není účelné. Jako důsledek neuváženého masového použití transgenního osiva hrozí předčasná selekce rezistentních populací škůdců. Poznatky o působení toxinů z transgenních rostlin na necílové organizmy vyvolávají spekulace o neblahém vlivu rozsáhlých porostů transgenních odrůd na biologickou diverzitu. I když se nesplnily katastrofické předpovědi o vlivu transgenní kukuřice na populace migrujícího motýla „monarchy“ (Danaus plexippus), zjištění toxického působení pylu Bt-kukuřice podnítilo další studium působení toxinů z transgenních plodin na necílové organizmy.

Aféry A. Pusztaie 1) a „monarchy“ zřejmě ovlivnily veřejné mínění a zprostředkovaně mohly mít vliv na pokles akcií firmy Monsanto (významného producenta transgenního osiva) i na posuzování problematiky transgenních rostlin Evropskou komisí. Ve Velké Británii bylo odloženo rozhodnutí o pěstování geneticky modifikovaných rostlin a zahájen projekt s cílem posoudit vliv pěstování transgenních odrůd kukuřice, řepky a řepy tolerantních k herbicidům na biodiverzitu zemědělské krajiny. Rozsáhlý projekt byl motivován obavou, že pokračující intenzifikace zemědělství provázená velice účinným vymýcením všech „konkurenčních“ rostlin (plevelů) herbicidy povede k dalšímu drastickému snížení populační hustoty obratlovců, především ptactva. Ve zmiňovaném projektu se sleduje od každé plodiny 25 pokusných ploch osázených tradičními a geneticky modifikovanými odrůdami. Podezírat řešitele z nekompetentnosti a připomínat, že „každý z popsaných výzkumů by měl mít kontrolu“, snad opravdu není na místě. Na projektu pracují tři přední britská pracoviště, připomenu alespoň jedno z nich: Institute of Arable Crops Research. Ten je pokračovatelem proslavené Rothamsted Experimental Station, kde pánové J. B. Lawes a J. H. Gilbert založili r. 1843 svůj pokus se pšenicí. Dlouhodobá sledování plodin na orné půdě zde probíhají dodnes.

Projekt „Sledování vlivů geneticky modifikovaných plodin tolerantních k herbicidům na biodiverzitu zemědělské krajiny“ byl zahájen r. 1999. Jeho řešitelé byli zaskočeni vandalizmem odpůrců geneticky modifikovaných organizmů, kteří devastovali pokusné porosty. Podobně jako u nás byly pokusné pozemky vystaveny nájezdům „ekologických“ aktivistů, jimž zřejmě není jasné, že bez rozsáhlých polních pokusů nelze získat objektivně hodnotitelné poznatky pro ani proti transgenním organizmům.

Určitá rozpačitost ve vztahu k transgenním plodinám je patrná z některých dalších událostí. Veliká potravinářská firma Frito-Lay svým dodavatelům sdělila, že geneticky modifikovanou kukuřici nadále nebude odebírat. Američtí farmáři, kteří se na pěstování transgenní kukuřice orientovali, nyní argumentují, že nejsou s to odděleně sklízet a skladovat kukuřici transgenních a tradičních kultivarů. V roce 1999 bylo v USA podáno nejméně žádostí o registraci nových geneticky modifikovaných odrůd od r. 1993. Konkrétně: r. 1997 bylo podáno 14 žádostí, r. 1998 jen 9 žádostí a r. 1999 již jen 6 žádostí, z nichž 4 byly před koncem roku staženy. Tento pokles může samozřejmě signalizovat končící éru první etapy geneticky modifikovaných rostlin, tedy éru kultivarů vybavených odolností k hmyzu díky Bt-toxinu (toxin bakterie Bacillus thuringiensis) a kultivarů tolerantních k herbicidům na bázi glyphosatu (účinné látky přípravku Roundup).

Evropská rezervovanost k zavádění transgenních rostlin je dílem iracionální, podněcovaná „ekologickými“ aktivisty, dílem opodstatněná. Připusťme, že s geneticky modifikovanými rostlinami v potravinách i v přírodě máme zatím méně zkušeností než s hygienicky problematickým těsným spodním prádlem

Jednou z příčin menší vstřícnosti k zavádění geneticky modifikovaných rostlin v Evropě je přebytek zemědělských produktů a také to, že pěstování transgenních plodin nepřináší bezprostřední užitek spotřebitelům. Nezdá se, že by potraviny z transgenních rostlin byly levnější než stejně kvalitní, které byly vypěstovány konvenčními technologiemi. Evropská opatrnost v přístupu k transgenním plodinám se může obrátit ve výhodu, pokud se některá z rizikových příhod odehraje jinde ve světě, může však být nevýhodou v konkurenci s úspěšnějšími Spojenými státy, Čínou či některými rozvojovými zeměmi, kam se obrací rostoucí zájem biotechnologických firem. Nové transgenní odrůdy „exotických“ rostlin (rýže, manioku, banánů) vznikají i v evropských laboratořích. Akademická pracoviště a biotechnologické firmy přinášejí nové poznatky, hovoří se o transgenech druhé generace a hledají se cesty jak se vyrovnat s výhradami. Jedním z problémů může být zúžení genetické diverzity pěstovaných odrůd, tedy proces, který započal již se „zelenou revolucí“ a se zaváděním velmi produktivních odrůd. Například v Číně se počet pěstovaných odrůd pšenice ze zhruba 10 000 v roce 1949 snížil na 1000 v sedmdesátých letech minulého století. Je nebezpečí, že tyto odrůdy konkurenčnímu tlaku nových transgenních odrůd podlehnou a další tradiční odrůdy se zcela vytratí.

V nové situaci se musí angažovat všechny biologické obory. Úspěchy genetického inženýrství jsou obdivuhodné, euforie „lidí z oboru“ je pochopitelná. Biotechnologické firmy vložily do výzkumu a vývoje transgenních rostlin ohromné částky. Biotechnologickým firmám, z nichž některé zároveň vyrábějí agrochemikálie, jde bezpochyby o to, aby investované prostředky získaly zpět brzy a s patřičným ziskem. Odtud se odvíjí snaha přimět k pěstování transgenních plodin co nejvíce zemědělců a učinit je závislými na dodavatelích transgenního osiva. Soustředění produkce osiv v několika nadnárodních koncernech je ekonomicky výhodné, ale přináší i určitá rizika. Ekonomicky dominující producenti mohou podlehnout pokušení prosadit se v oblastech odborně a legislativně nepřipravených, a tudíž nejsnadněji ovlivnitelných. Ekonomicky je výhodná globalizace, ale živé přírodě je vlastní rozmanitost.

 

Vliv transgenních rostlin na „škůdce“ a jejich antagonisty

Tritrofické vztahy, tedy vlivy transgenních rostlin na fytofágy („škůdce“) a jejich antagonisty (parazitoidy, predátory) a případné vlivy na druhy „neškodné“ či „užitečné“, je vhodné studovat v kontextu s účinky konvenčních metod ochrany. Ve srovnání s množstvím dat nashromážděných dlouholetým studiem vlivů syntetických pesticidů na cílové i necílové organizmy jsou údaje o působení transgenních rostlin zatím jen útržkovité. Bt-kultivary kukuřice jsou dostatečně odolné proti zavíječi kukuřičnému (Ostrinia nubilalis), takže v rozsáhlých porostech transgenní kukuřice, navíc ošetřených herbicidy, nemají cílový škůdce ani další druhy členovců mnoho šancí přežívat, a tím je také omezeno působení predátorů i parazitoidů. Naproti tomu transgenní kultivary Bt-bavlny působí proti housenkám můr rodu Helicoverpa či Spodoptera jen méně výrazně. Taková jen částečná odolnost transgenních kultivarů by mohla umožnit spolupůsobení predátorů a parazitoidů, kteří zde nacházejí svou kořist v dostatečné míře. Prokázat, že tento předpoklad opravdu platí, však nebude jednoduché.

Není požadavek ochrany biodiverzity jen planou proklamací? Starost o zachování biodiverzity v původních, dosud lidskou činností málo dotčených biotopech je zřejmě racionální. Je však tento požadavek podložen konkrétními znalostmi v případě zemědělské krajiny? Uvedu alespoň jeden příklad: Zjistilo se, že prostorově omezená zaplavovaná společenstva rýže mohou být plně funkční a stabilní, a to při minimu ochranných zásahů – viz několikaleté zkušenosti z projektu integrované zemědělské produkce na Jávě. Vstupovat do takto propracovaného a drobnými zemědělci úspěšně praktikovaného systému s převratně novou technologií by se mělo až po velice uvážlivém a ekologicky fundovaném výzkumu. V našich podmínkách je učebnicovým příkladem vztah mezi kalamitami svilušek a klíčovými škůdci: obalečem jablečným v sadech nebo mšicí chmelovou na chmelnicích. Nevhodným zásahem proti klíčovému škůdci lze navodit přímo katastrofální přemnožení svilušek. Hlubší poznání tritrofických vztahů ve společenstvech transgenních porostů je na samém začátku. V laboratorních pokusech byly např. zjištěny negativní vlivy Bt-toxinu nebo GNA lektinu (původem ze sněženky Galanthus nivalis) na přežívání či plodnost predátorů – zlatoočky Chrysopa carnea a slunéčka Adalia bipunctata . 

 

Rezistence

S masovým pěstováním transgenních kultivarů odolných vůči hmyzím škůdcům souvisí i další problém: selekce rezistentních populací cílových škůdců. S tímto rizikem počítají jak entomologové, poučení zkušenostmi při používání chemických pesticidů, tak producenti transgenního osiva, kteří si kladou za cíl udržet Bt-kukuřici na trhu příštích 15 let. Souhlas se zavedením Bt-transgenní kukuřice v USA označovali někteří odborníci za předčasný. Jednak proto, že není k dispozici vyzkoušená účinná strategie, která by zabránila rychlé selekci rezistence, a tím i znehodnocení vkladu vloženého do vývoje transgenního osiva, a dále proto, že předpokládaný vznik rezistence k Bt-toxinu vyřadí z používání dosud nejúspěšnější biotické insekticidy na bázi Bacillus thuringiensis. Tyto přípravky jsou jedinými použitelnými insekticidy proti zavíječi v programech ekologického zemědělství. Používají se cíleně, tedy podle aktuálního výskytu, někdy jen proti části populace. Transgenní rostlina trvale obsahuje ve svých tkáních částečně aktivovaný bílkovinný Bt-toxin. O zásahu proti škůdci se rozhoduje preventivně, již vysetím transgenního kultivaru. Rozdíl v riziku, že bude při opakovaném použití transgenního osiva, např. Bt-kukuřice, a při cíleném použití biotického insekticidu na bázi B. thuringiensis selektována rezistence cílového škůdce, je nabíledni. S ohledem na to, co se ví o selekci rezistence a faktorech, které ji ovlivňují (viz text v rámečku), neznám „řadu důvodů“ a nesdílím naději, že „transgenní rostliny na bázi Bt dosáhnou tak dlouhé (padesátileté) tradice jako insekticidy na bázi Bt“.

Již za dva roky od osetí prvních ploch Bt-kukuřicí v USA vyšla rozsáhlá kritická studie věnovaná rezistenci škůdců. F. Gould zavedl pro geneticky manipulované odolné odrůdy termín transgenní insekticidní kultivary, a tím naznačil, jak vnímá paralelu v účincích a rizikách mezi syntetickými insekticidy a transgenními rostlinami vybavenými toxinem. Rezistence vůči Bt-toxinům byla poprvé v polních podmínkách zjištěna u zápředníčka polního (Plutella xylostellla), což nijak nepřekvapuje, neboť zápředníček, škodící na křížatých rostlinách, stihne tři generace za rok. Vysoká, stonásobná až tisícinásobná rezistence k Bt-toxinům byla zjištěna i u dalších motýlů, např. u zavíječe paprikového (Plodia interpunctella), který je škůdcem zásob, a u můry Heliothis virescens, významného škůdce bavlny. P. C. Bolin se spolupracovníky vyselektoval rezistentní kmen zavíječe kukuřičného a prokázal, že u Bt-kukuřice skutečně hrozí selhání odolnosti. Entomologové a ani střízlivě uvažující producenti transgenního osiva nepočítají s tím, že Bt-kukuřice bude odolná „navěky“, a hledají cesty jak vznik rezistence alespoň oddálit. Americká agentura pro ochranu životního prostředí EPA spolu s producenty osiva předepisuje, aby vedle ploch osetých Bt-kukuřicí zůstával určitý podíl ploch osetých netransgenním osivem. Předmětem diskuse je, jak mají být tato refugia velká, aby zajistila existenci neselektovaného citlivého genotypu škůdce, který by se kontinuálně křížil s částí populace vystavené selekčnímu tlaku. Ve hře jsou i další strategie, které ovšem souvisejí až s dalšími pokroky ve vývoji transgenních kultivarů. Uvažuje se o umístění toxinu do tkání přednostně napadaných škůdcem, např. o genetické manipulaci chloroplastů (řešení výhodné i s ohledem na ochranu necílových druhů). Další možnou strategií je současné uplatnění různých mechanizmů účinku více genů působících najednou, např. v kombinaci přirozeně odolných a geneticky modifikovaných kultivarů. Nejblíže realizaci je transgen produkující vysoké dávky toxinu, což úzce souvisí se strategií refugií. Očekává se, že na plochách osetých vysoce účinnými Bt-kultivary kukuřice bude přežívat jen malá část populace, takže se posílí vliv přikřížení neodolných jedinců z refugií. Jaký selekční tlak – zda vysoký, či nízký – je výhodný pro oddálení rezistence a zachování trvalejší rovnováhy mezi škůdcem a jeho antagonisty, je pod zorným úhlem strategie IPM (Integrated Pest Management) jednou z nejdůležitějších otázek.


 

Poznámky   

1) Aféra se týkala sporných, nevhodně interpretovaných dat o působení transgenních brambor podávaných v potravě pokusným potkanům.

 

 

Rámečky   

FAKTORY PODMIŇUJÍCÍ SELEKCI REZISTENCE

 

GENETICKÉ:

Frekvence R-alel v populaci, počet R-alel, dominance R-alel, penetrace (pronikavost uplatnění genotypu v populaci), expresivita, interakce R-alel, změny genomu v důsledku předchozí selekce, stupeň interakce R-alel s faktory fitness v genomu.

BIOLOGICKÉ

Biotické: počet generací, množivost, způsob reprodukce.

Podmíněné chováním: izolovanost populací, potravní specializace, refugia (místa, kde se zachovala původní populace).

 

OPERAČNÍ

Vlastnosti pesticidu: chemická podstata, vztah k dříve používaným pesticidům, přetrvávání v rostlině.

Způsob aplikace: práh nasazení, selekční tlak, vývojové stadium cílového škůdce, prostorové vymezení, alternativní selekce vlivy na frekvenci mutací.

 

 

Zavíječ kukuřičný (Ostrinia nubilalis) je polyfág - uvádí se přes 200 druhů rostlin, na nichž se jeho larvy mohou vyvíjet. Některé z jeho hostitelských rostlin jsou "nevýznamné", nebo dokonce plevelné, housenky se však vyvíjejí i na řadě kulturních rostlin (konopí, prosu, čiroku, slunečnici, chmelu). Jednotlivé populace jsou více či méně přizpůsobeny hostitelské rostlině, bezpochyby však mohou přecházet (např. z plevelů na kulturní rostliny). Ohromnou šanci získal zavíječ kukuřičný poté, co v Evropě zdomácněla kukuřice, původně americká plodina, a poté, co se dostal do Ameriky. Rozsáhlé lány kukuřice v USA mu poskytly možnost k expanzi. V Americe dostal také své obecné jméno European Corn Borer (podobně jako americká mandelinka bramborová byla kdysi v Evropě nazývána "americký brouk").

 

Obaleč jablečný (Cydia pomonella) patří k nejznámějším hmyzím škůdcům všude, kde se pěstují jabloně. Napadá jablka, hrušky, kdoule, místy i meruňky a ořechy. Je nesmírně přizpůsobivý. Pokud se proti němu účinně nezasáhne, může zničit téměř celou sklizeň. Zejména si vybírá rané a sladkoplodé odrůdy (Stark Earlies, James Grieve, Lord Lambourne, Champion, Rubín). Vytváří množství lokálních populací přizpůsobených podmínkám jednotlivých regionů a biotopů a také převládajícím systémům ochrany. Pod trvalejším vlivem chemických zásahů se selektují rezistentní populace. V teplejších oblastech (u nás s nadmořskou výškou do 250 m) vytváří dvě generace do roka. Housenky přezimují v úkrytech na kmenech ve štěrbinách borky a motýli první (přezimující) generace vylétají koncem dubna až začátkem května. (O zavíječi kukuřičném a obaleči jablečném v souvislosti s geneticky modifikovanou kukuřicí a transgenními jabloněmi podrobněji v pokračování "Geneticky modifikovaných organizmů" v některém z příštích čísel Vesmíru.)