Využitie transgénnych rastlín

22. února 2011 v 13:44 |  Geneticky modifikované organizmy
Rastliny s oddialeným starnutím

Prvá geneticky modifikovaná paradajka z úvodu ku tejto kapitole bola príkladom práve takéhoto využitia genetickej modifikácie. Výhodu priniesla tak spotrebiteľom v nižšej cene konečného produktu ako aj jej pestovateľom, lebo paradajky v strapci dozrievajú postupne ale ak nestarnú, nemusia sa oberať vo viacerých etapách, ale až keď do štádia zrelosti (bledoružovej) prídu plody v strapci posledné. Zelené plody paradajok totiž obsahujú jed solanín a preto sa nedoporučuje zberať, konzumovať, ani umelo urýchľovať dozrievanie plodov v etylénovej atmosfére (bežná prax pri citlivých plodinách, ktoré sa prevážajú na veľkú vzdialenosť od producentov ku spotrebiteľom).


Práve z tohoto dôvodu vznikla v Kalifornii aj iná modifikovaná paradajka, tvorcovia ktorej ale využili nový princíp na vypnutie génov, zodpovedných za starnutie, konkrétne
tiež génu pre galakturonázu. Genetická informácie konkrétneho génu sa v bunke realizuje
najprv prepísaním génu z DNA do podoby jednovláknovej informačnej mRNA, z ktorej sa za pomoci ribozómov a celého aparátu v bunke syntetizuje proteín, v tomto príklade enzým galakturonáza. Ak sa ale súčasne v bunke exprimuje aj genetická informácia čítaná v protismere sekvencie mRNA, tzv. anti-sense RNA, tieto dve molekuly sa spájajú na základe homológie a antiparalelného párovania báz a informácia nesená pôvodne v DNA sa neprejaví. Vnesená informácie pre anti-sense RNA umlčí pôvodne funkčný gén. Takouto technológiou vznikla americká modifikovaná paradajka, produkt firmy Calgene, ktorá sa pôvodne volala "MacGregor" avšak na trh a konzumovanie bola schválená FDA v máji roku 1994 pod názvom Flavr SavrTM (slovná hračka v angličtine znamená kyslá chuť, pretože až pri degradácii pektínu na jednoduchšie cukry získava paradajka sladkastú príchuť). Dnes sa už táto paradajka komerčne nepestuje ale bola prvým príkladom možného umlčania génov v rastline tzv. anti-sense technológiou.
Spolu s touto paradajkou boli schválené FDA aj ďalšie dve transgénne rastliny prvej generácie - herbicíd tolerantná bavlna a sója (pozri ďalej v texte).

Akokoľvek bude v Európe vzťah ku geneticky modifikovaným rastlinám kolísať, neohrozí postavenie holandských modifikovaných karafiátov. U týchto okrasných rezaných kvetov bolo starnutie oddialené rovnakou technológiou, keď bola tvorba etylénu zablokovaná práve anti-sense technikou. Etylén je zodpovedný nielen za dozrievanie plodov, ale aj vädnutie rezaných kvetov vo váze, a geneticky modifikované karafiáty, ktoré ho netvoria vydržia vo váze aj niekoľko týždňov.

Ruže, klinčeky, tulipány a chryzantémy tvoria spolu takmer 70% trhu s rezanými kvetmi. Vnášaním génov pre tvorbu farebných pigmentov z iných druhov rastlín, napr. petúnií alebo pelargónií, boli pripravené transgénne rastliny, so zaujímavo zafarbenými kvetmi, napr. modré chryzantémy či ruže, alebo tzv. čierne tulipány.
Ostreľovaním reprodukčných orgánov živých orchidejí či ľalií bolo možné získať veľmi rýchlo ich krížence a biobalistika sa tak stala významným nástrojom tzv. trojdňového kríženia.

Rastliny odolné voči hmyzím škodcom a chorobám

Larvy hmyzu zapríčinia ročne vysoké straty v poľnohospodárskej produkcii a preto boli vyvinuté rôzne chemikálie na ničenie hmyzích škodcov - insekticídy. Medzi biologické prírodné insekticídy, využívané aj v organickom poľnohospodárstve patrí proteín, ktorý produkujú pôdne baktérie Bacillus thuringiensis a ktorý sa tiež laicky nazýva Bt - toxín.
Biotechnológia produkcie tohoto proteínu bola zvládnutá už v prvej polovici minulého storočia, keď bolo za pomoci tejto baktérie pripravené veľké množstvo proteínu, ktorým sa opakovane posýpali kanadské lesy napadnuté lykožrútom. Proteín tvorí kryštály, ktoré sa rozpúšťajú len pri vysokom pH a na aktívny toxín ich štiepi špecifická proteáza, obidve podmienky účinku sú splnené len v tráviacom trakte hmyzu a preto je tento proteín celkom neškodný tak pre zvieratá ako aj človeka.
V priebehu posledných 10 rokov vznikol celý rad geneticky modifikovaných rastlín, ktoré produkujú svoj vlastný insekticíd - zemiak proti pásavke zemiakovej, kukurica voči vijačke kukuričnej a podobne. V Európskej únii sú na spotrebu povolené tri takéto odrody
kukurice - Bt11, Bt176 a MON810, z ktorých posledne menovaná sa môže aj pestovať a najmä v Španielsku, menej v Maďarsku a na Ukrajine sa aj pestuje. Všetky tri druhy takto modifikovanej kukurice nesú gén pre prototoxín z Bacillus thuringiensis var. Kurstaki (Cry proteín) a sú odolné voči vijačke kukuričnej. Táto ochrana je účinná
na rozdiel od bežných inekticídov, larvy vijačky sa totiž zavŕtavajú do byle kukurice a sú teda pred účinkom bežných insekticídov veľmi dobre chránené. Proces prípravy Bt - kukurice je znázornený v prílohe (Príloha 10). Prínos modernej technológie je v rýchlej možnosti kombinácie dvoch rôznych genetických znakov. Kým americkí indiáni krížili pôvodne divorastúcu bylinu teonsite tisíce rokov, táto stratila prirodzenú odolnosť voči škodcom. Keby sme v súčasnosti krížili pestované kultivary s pôvodným druhom, veľmi pravdepodobne by sme stratili vlastnosti kukurice, pre ktoré sa dnes pestuje ale nezískali by sme odolnosť, akú má geneticky modifikovaná odroda.

Najúspešnejšou rastlinou z tohoto radu je Bt-bavlník, ktorý dnes predstavuje podstatnú časť celkovej produkcie bavlny napríklad v Austrálii.
Producentovi prináša prínos, lebo odpadá opakované ošetrovanie chemickým insekticídom, pre životné prostredie predstavuje prínos lebo nie sú potrebné chemické látky a nespaľujú sa zbytočne pohonné látky na ošetrovanie bavlníkov a u konečného spotrebiteľa sa prínos dostavil v zníženej cene bavlnených produktov.

Anti-sense RNA technológia opísaná v predošlom našla uplatnenie aj v ochrane rastlín proti chorobám. Väčšina rastlinných vírusov nesie svoju genetickú informáciu vo forme RNA. Ak teda modifikovaná rastlina získa DNA, ktorá sa prepisuje vo forme anti-sense
voči vírusovej RNA, takáto rastlina dokáže umlčať svojho nepriateľa a k vírusovej infekcii nedôjde. Takýmto spôsobom boli modifikované zemiaky, kukurica, repa, sója, vinič, paradajky, tabak, slivky, papája a rôzne druhy uhoriek, melónov a tekvíc.
Tak napríklad u tekvíc boli takto vnesené gény pre obalové proteíny viacerých vírusov, čím tieto získali kombinovanú odolnosť voči vírusu mozaiky uhoriek, vírusu mozaiky melónov a vírusu žltej mozaiky cukín.

Anti-sense technológia dnes predstavuje aj dôležitý nástroj pre štúdium funkcie rastlinných génov ako takých, používa sa na ich cielené vypnutie - knock out génov.

Herbicíd tolerantné rastliny

Herbicídy sa v poľnohospodárskej praxi využívajú na likvidáciu nežiadúcich druhov rastlín v monokultúre pestovaných plodín, teda na boj proti burinám. Genetická modifikácia rastliny predpokladá známy mechanizmus účinku herbicídu, prípadne odolnosť rastlín alebo baktérií voči jeho účinku. V transgénnej rastline je potom možné
kombinovať obidva mechanizmy tolerancie aj detoxifikácie daného herbicídu.

Klasickým príkladom vývoja a prípravy takýchto rastlín je rad RoundUp Ready produktov americkej firmy Monsanto. Tento dnes už nadnárodný koncern produkuje už roky herbicíd na báze glyfosatu (RoundUp), čo je sama o sebe látka biologicky degradovateľná odolnými baktériami, v citlivých druhoch a rastlinách však inhibuje syntézu aromatických aminokyselín, konkrétne enzým 5-enol-pyruvyl-šikimát-syntetázu (EPSPS). Pôsobením glyfosatu na baktérie Escherichia coli,  Salmonella typhimurium a Agrobacterium tumefaciens boli nájdené mutantné varianty EPSPS génu, ktoré si zachovali funkciu aj v prítomnosti glyfosatu. Takýto postup nazývame selekčná mutagenéza a podobným spôsobom bol pripravený aj mutantný gén z petúnie.

Podstatu selekčnej mutagenézy znázorňuje nasledujúci obrázok:
selekčná mutagenéza
























Transgénne herbicíd tolerantné rastliny RoundUp Ready nesú gén z A. tumefaciens.
Ak spolu s ním do rastliny vnesieme aj gén cox1, kódujúci glyfosat oxidázu získame vysokú toleranciu voči herbicídu, ktorý daná transgénna rastlina dokáže degradovať.
Podobný princíp rezistencie, teda degradáciu herbicídu bromoxynilu umožní transgénnej rastline gén bxn získaný z pôdnej baktérie Klebsiella ozaenae. Ďalšie transgénne plodiny
nesú gény patbar z baktérií rodu Streptomyces a sú tolerantné voči herbicídom na báze glufosinatu. Medzi prvé herbicíd-tolerantné rastliny patrila sója a kukurica, ktoré sa vo veľkej miere pestujú v Severnej a Južnej Amerike.


Druhá a tretia generácia transgénnych rastlín

Kým Európa váhala prijať geneticky modifikované rastliny prvej generácie, ktoré na prvý pohľad prinášali osoh iba producentovi, vo svete začali vznikať ďalšie generácie rastlín so zmeneným nutričným obsahom tak, aby ich konzumácia priniesla zdravotnú výhodu práve konzumentovi. Po roku 2000 prišli na svet prvé funkčné potraviny.

Každý rok oslepne v Ázii štvrťmilióna detí v dôsledku nedostatku vitamínu A a odhaduje sa, že na celom svete trpí v dôsledku takejto avitaminózy až 124 miliónov ľudí. Preto sa prof. Portykus so svojimi kolegami pustili do projektu "Zlatá ryža", ktorý úspešne ukončili na úsvite roku 2000, keď dopestovali s využitím genetickej modifikácie zlatožlté zrniečka ryže, ktoré priamo v semenách produkovali provitamín A. Dosiahli to vnesením dvoch génov z narcisu a jedného z baktérie Erwinia uredovora. Obsah provitamínu bol dostačujúci na prísun dennej dávky v 300g modifikovanej ryže. Iným problémom sa ukázala absencia tukov vo výžive hladujúcich v rozvojových krajinách. Preto boli neskôr modifikované práve olejniny ako repka olejná, ktorá dnes produkuje olej obohatený o vitamíny A a E. Ryža ako funkčná potravina bola tiež modifikovaná tak, aby mali jej zrnká zvýšený obsah železa, nakoľko anémia je tiež častým zdravotným rizikom v oblastiach s minimálnou dennou dávkou potravy.

Kým v Európe je potravín prebytok, Zem sa bude musieť vysporiadať so stále sa zväčšujúcou populáciou a klesajúcou kvalitou pôdy, ktorá ako ťažko obnoviteľný zdroj nemôže zabezpečiť výživu bez nových prístupov. Geneticky modifikované rastliny,
odolné voči stresom ako sucho, či zvýšený obsah soli v pôde a vode sú riešením aj takýchto problémov.

Tretiu generáciu transgénnych rastlín tvoria transgény, kde rastlinné telo funguje ako bioreaktor na produkciu komerčne zaujímavých produktov. Takýmito sú napríklad karotenoidy - farbivá , antioxidanty, biofarmaceutiká (liečivá, protilátky a vakcíny), biopolyméry (biologicky degradovateľné náhrady súčasných plastov) a iné.
Z tejto generácie asi najzaujímavejšiu tvoria jedlé vakcíny, kde plody transgénnej rastliny obsahujú látky, ktoré po ich požití ochránia konzumenta pred ochorením. Dnes sa už pestuje tabak, z ktorého sa získava tzv. Sma proteín, čo je obalový proteín baktérie Streptoccoccus mutans - najčastejší pôvodca zubného kazu a takýto Sma proteín sa pridáva do žuvačiek, ktoré bránia vzniku zubného kazu, spôsobeného uvedenou baktériou. Tiež je na svete zemiak, ktorého konzumácia znamená prevenciu proti žltačke a verím, že takýchto zaujímavých produktov bude rýchlo pribúdať, tak aby sa stratilo nielen povinné očkovanie ale aj veľká väčšina infekčných chorôb ako sú cholera, žltačka, malária a iné.
Biologicky účinné látky produkované rastlinami využíva človek aj moderná farmácia už veľmi dávno vo fytoterapii. Ak takéto látky produkuje
iba transgénna rastlina, nazývame ich biofarmaceutiká. Na svete je už veľa druhov rastlín, ktoré produkujú ľudské proteíny, napríklad tabak produkuje ľudský hemoglobín, podávaný pri anémii, repka olejná ľudský enkefalín - liek proti bolesti,
ryža ľudský interferón - nešpecificky chráni proti
infekcii. Protilátky, ktoré produkujú transgénne rastliny sa používajú jednak na diagnostiku ale aj na liečenie závažných ľudských ochorení a najmä rakoviny. V USA je prvý rok pestovaná na spracovanie transgénna kukurica, ktorá produkuje protilátku proti nádorovým bunkám. Ak ku takejto protilátke pridáme naviazanú cytotoxickú látku, získame pomerne účinný nástroj v boji proti rakovine (podobný prípravok s protilátkou z myšacích buniek už je na trhu).

Rozvoj v tejto oblasti geneticky modifikovaných rastlín ide veľmi rýchlo aj preto, lebo nemá odporcov, tak ako iné transgénne rastliny, určené na pestovanie, spracovanie, skrmovanie alebo priamu konzumáciu, a to je dobre. Lebo práve druhá a tretia generácia transgénnych rastlín majú priniesť človeku výhody pre ktoré boli pripravené.
Biotechnológie tvorby GMO boli vytvorené pre človeka
a nie proti nemu, ako sa to snažia prezentovať ich odporcovia. Ak sa im ale podarí takýto vývoj v Európe zastaviť, spomalil sa už pred rokom 2000, bude Európa zaostávať, čo bude určite nevýhodou najmä pre jej občanov.
 


Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.