Zvětšit obrázek

Zrnokaz hrachový (Bruchus pisorum)

Zrnokaz – nepřítel pěstitelů hrachu
V roce 2000 představil tým Thomase Higginse z australské CSIRO Plant Industry ve vědecké stati zveřejněné v prestižním vědeckém časopise  Proceedings of the National Academy of Sciences geneticky modifikovaný hrách odolný  proti zrnokazovi hrachovému. To už měli vědci za sebou pět let intenzivních skleníkových i polních pokusů a mohli s jistotou konstatovat: Hrách odolává zrnokazovi s účinností 99,5%.

Odolný hrách byl velkým příslibem pro všechny pěstitele. Zrnokaz hrachový (Bruchus pisorum) patří k závažným škůdcům této plodiny. Drobný brouk prodělává přeměnu z larvy přes zimu, kterou tráví v nitru hrachového semene.  Na jaře se vyklube ven a vylétne na rozkvetlá hrachová pole, kde se živí pylem. Samička klade na květy vajíčka, z kterých se posléze vylíhnou larvy. Ty se prokoušou do lusku, zavrtají se do semena a dokončí tam vývoj v dospělce.  Tím se životní cyklus zrnokaze uzavírá.

Zvětšit obrázek

Dospělý brouk přežívá zimu v nejrůznějších úkrytech, například v hrachových stoncích, ale i ve skladištích nebo v půdě, a v následujícím roce může plodit další generaci zrnokazů.

Ztráty způsobené zrnokazem jsou značné. Vedle přímých škod na poškozených semenech je třeba brát v úvahu i sníženou klíčivost osiva a v neposlední řadě i podstatně nižší cenu hrachu napadeného škůdcem. Pěstiteli nezbývá nic jiného, než porost v kritickém období bedlivě kontrolovat a v případ výskytu zrnokazů použít insekticidy. Při nezvládnuté kalamitě může zrnokaz připravit farmáře až o třetinu úrody.

Fazol (Phaseolus vulgaris) odolává zrnokazu díky bílkovinné molekule zvané inhibitor alfa-amylázy.

Inhibitor alfa-amylázy chrání před škůdcem
Některé rostliny jsou k zrnokazům přirozeně odolné. Například fazol (Phaseolus vulgaris) odolává zrnokazu hrachovému díky bílkovinné molekule zvané inhibitor alfa-amylázy. Jak napovídá její jméno, dokáže tato bílkovina narušit činnost enzymů pro trávení škrobu. Fazol má hned několik inhibitorů s podobným účinkem. Některé působí na trávicí enzymy savců, jiné účinkují na hmyz. Účinek inhibitorů alfa-amylázy hmyzu bývá silně specifický. Působí jen na úzkou taxonomickou skupinu, někdy dokonce na jediný druh. Vnímavá larva, která se krmí semeny s příslušným inhibitorem alfa-amylázy, nedokáže trávit škrob a hyne.
Vědci z Higginsova týmu v CSIRO Plant Industry izolovali z fazolu gen pro produkci „hmyzího“ inhibitoru alfa-amylázy a ten spojili s regulační sekvencí, která zodpovídá za aktivaci genů v hrachových semenech. Takto vytvořený genový konstrukt přenesli do rostlin hrachu, který následně produkoval v semenech  fazolový inhibitor alfa-amylázy a odolával larvám zrnokaze.

Zvětšit obrázek

Gen pro inhibitor alfa-amylázy vědci izolovali z fazolu a jako konstrukt jej vnesli do hrachu.

Kdyby vyšlechtil Higgins hrách se stejnými vlastnostmi bez pomoci genového inženýrství, mohl by hned žádat o odrůdové zkoušky. Geneticky modifikovaný hrách však musel nejprve projít celou baterií náročných testů. Botanici prověřovali, zda se pylem tohoto hrachu neopylí jiné motýlokvěté rostliny. Zkoumali, jestli tak některý zástupce australské flóry nezíská s genem pro fazolový inhibitor i odolnost vůči svému přirozenému škůdci a nebude se jako superplevel nekontrolovaně  šířit poli i přírodou. Toxikologové prověřovali jestli není nový hrách po cíleném zásahu do DNA jedovatější.

Potíže s alergií
Tým z Australian National University v Canbeře vedený  Simonem P. Hoganem zkoumal, zda fazolový inhibitor z hrachu nemůže vyvolat u konzumentů alergickou reakci. Tyto testy jsou standardní součástí prověrky všech geneticky modifikovaných zemědělských plodin. V první fázi se prověřuje samotná bílkovina, kterou si geneticky modifikovaná rostlina podle cizího genu vytváří. A už tyto testy naznačily, že s inhibitorem alfa-amylázy mohou nastat potíže. Hrách sice vyrobil inhibitor s nezměněnou bílkovinnou „kostrou“, ale tu si následně „upravil po svém“ při tzv. glykosylaci. Tento proces spočívá v navázání cukerných molekul na bílkovinu. Probíhá v endoplasmatickém retikulu a Golgiho aparátu buněk a je druhově specifický. Geneticky modifikovaný hrách vázal na inhibitor alfa-amylázy cukry na stejných místech (aminokyselinách) jako fazol. Využil k tomu však jiné typy cukerných molekul než fazol. Spektrum cukrů navázaných na bílkovinu při glykosylaci často zásadně ovlivní její výsledné vlastnosti. Proto, se Hoganův tým rozhodl odzkoušet, co pozměněný inhibitor udělá s imunitním systémem pokusných zvířat. Také tyto testy představují při prověřování geneticky modifikovaných plodin zcela obvyklý krok.

Inhibitor alfa-amyláza nedovoluje larvám zrnokaze trávit škrob,larvy hynou.

Na laboratorních myších krmených obyčejným hrachem a fazolemi, jež produkují přirozený inhibitor, nepozorovali vědci nic zvláštního. Pozměněný inhibitor geneticky modifikovaného hrachu však myším „dráždil“ imunitní systém. Samotná konzumace geneticky modifikovaného hrachu nezpůsobovala zvířatům žádné zdravotní potíže. Ani jedna myš neuhynula, žádná neměla zdravotní potíže. Nadměrné nabuzení imunitní obrany se projevilo jen ve výsledcích laboratorních testů a při následných pokusech, kdy byl myším vpíchnut inhibitor alfa-amylázy z geneticky modifikovaného hrachu v injekci nebo když myši inhibitor z tohoto hrachu vdechovaly. Výsledky studie zveřejnil Hoganův tým ve vědeckém časopisu Journal of Agricultural and Food Chemistry.  Pro Higginsův tým byly velkým zklamáním, protože CSIRO Plant Science na jejich základě další výzkum geneticky modifikovaného hrachu odolného proti zrnokazům ukončilo. Všechna semena tohoto hrachu byla zničena a stejně tak byly zničeny i všechny jeho porosty.
„Pole, kde byl hrách pěstován, budou ještě několik let bedlivě monitorována, abychom měli jistotu, že tam žádné další rostliny geneticky modifikovaného hrachu nevyrostou,“ prohlásil Higgins.

Pro i proti
Odpůrci genetických modifikací považují ukončení projektu za další pádný argument proti pěstování geneticky modifikovaných zemědělských plodin.
„Ukončení projetu v CSIRO je dalším připomenutím skutečnosti, že metody genového inženýrství nejsou ani přesné, ani spolehlivé ani bezpečné,“ uvedl mluvčí australských Greenpeace Jeremy Tager.
„Vědci se pohybují po nebezpečných dráhách tím, co vytvářejí, a my víme, že to může uniknout do volné přírody,“ tvrdila senátorka za australskou stranu zelených Rachel Siewertová.
Zastánci genetických modifikací kontrovali tvrzením, že se jen znovu ukázalo, jak důkladná je kontrola nad vývojem nových zemědělských plodin metodami genového inženýrství. Případ hrachu odolného proti zrnokazovi podle nich jasně demonstroval, že systém kontroly je funkční a spolehlivý.
„Ti, kdo kontrolují nezávadnost geneticky modifikovaných plodin odvedli perfektní práci,“ řekl Higgins. „Systém kontroly je plně funkční. Zajišťuje, aby potraviny z geneticky odírkovaných plodin byly stejně bezpečné jako ty z konvenčních plodin. Jakmile se objeví  podezření na sebemenší riziko, vývoj je zastaven. Toto je ale teprve druhý případ, kdy vědci museli sáhnout po takovém opatření. První byla sója, do které byl vnesen gen z brazilských paraořechů. Také tenkrát byl další vývoj této sóji okamžitě zastaven.“

Chladná analýza
Je zřejmé, že v kauze alergenního hrachu vřou silné emoce. Výsledky australských experimentů si však zasluhují podrobnější analýzu provedenou chladnou hlavou. Především je užitečné si zopakovat, že pokusy byly provedeny na myších a zvířata byla vystavena alergennímu inhibitoru z hrachu způsobem, jaký při běžné konzumaci hrachu nepřipadá do úvahy. Stále ještě je tu celkem slušná šance, že to, co vadí myším, nebude vadit člověku. Navíc nedostává běžný konzument hrách nebo některé jeho bílkovinné složky v injekcích.  Drtivá většina z nás se nedostane ani k mletému hrachu, který bychom mohli vdechnout.
Riziko alergie po vdechnutí  inhibitoru alfa-amylázy si přesto zaslouží naši pozornost.

Zvětšit obrázek

Dr. Thomas Higgins se svým hrachem v roce 2001

Inhibitory s podobným účinkem nejsou specialitou  fazolu. Vyrábí si je řada rostlin a chrání jimi svá semena před býložravci. Mnohé z těchto zcela  přirozených inhibitorů jsou prokazatelně alergenní. Vyskytují se například v obilninách a jejich vdechování s moukou vyvolává alergie a astma u pekařů. Z výsledků pokusů na myších nelze odhadnout, jak by na vdechování mletého geneticky modifikovaného hrachu reagovali lidé. Potíže vnímavých osob by se mohly podobat „pekařskému astmatu“ z mouky.
Problémy s alergiemi na inhibitory alfa.amylázy z obilovin jsou podstatně reálnější fenomén než alergie vyvolaná inhibitorem geneticky modifikovaného hrachu. Veřejnost je však nevnímá jako závažný problém. Nezaznívají například požadavky na šlechtění odrůd obilovin, které by měly snížený obsah těchto alergenních inhibitorů. Alergenní inhibitor geneticky modifikovaného hrachu jako závažný problém vnímán naopak je. A to navzdory skutečnosti, že s moukou z obilovin přichází dnes a denně do styku mnohonásobně více lidí, než kolik jich pracuje s mletým hrachem.

Z těchto faktů lze učinit jediný závěr. Samotná alergenita potravin nám vlastně ani moc nevadí. Citliví jsme na ni pouze v případě, že alergenní složka pochází z geneticky modifikované plodiny. A to navzdory skutečnosti, že zatím není znám jediný příklad zdravotních potíží vyvolaných u člověka potravou z geneticky modifikované plodiny. Na druhé straně připraví ročně jen alergie na burské oříšky o život desítky lidí.

Opodstatněnost hodnocení „případ od případu“
Hrách s fazolovým inhibitorem lze teoreticky získat i bez pomoci genového inženýrství. Představme si například, že zkřížíme fazol s hrachem. Připusťme, že se nám to podaří, i když jednoduché to nebude. Výsledný hybrid bychom mohli podrobit opakovanému zpětnému křížení s hrachem. Pokud bychom měli božskou trpělivosti a přálo nám štěstí, získali bychom  nakonec hrách, který nese malý úsek  DNA z fazolu. Pokud by se v něm zachoval funkční gen pro fazolový inhibitor alfa-amylázy, byl by takto získaný hrách odolný vůči zrnokazům.
Fazolový inhibitor by byl v takto vyšlechtěném hrachu glykosylován s vysokou pravděpodobností stejně jako u hrachu geneticky modifikovaného a byl by proto i stejně alergenní. Pěstitelé ani konzumenti tohoto hrachu by se však o jeho alergenitě nedozvěděli, protože by jako klasicky šlechtěná odrůda nemusel projít odpovídajícími testy.
Na studii Hoganova týmu stojí za pozornost ještě jedna zajímavá okolnost. Pro kontrolní účely testovali imunologové a toxikologové i geneticky modifikovanou cizrnu, která vyrábí podle genu fazolu stejný inhibitor jako „průšvihový“ hrách. Cizrna prošla alergologickými testy zcela bez problému. To znovu dokazuje, že genetická modifikace sama o sobě není rozhodující. Geneticky modifikované plodiny nelze házet do jednoho pytle. Nelze je šmahem všechny zatracovat, ale ani vynášet do nebes jako všelék na problémy tohoto světa.
Racionální přístup se zakládá na hodnocení „případ od případu“. Vyřadíme bez milosti ty geneticky modifikované plodiny, u nichž máme byť jen stín podezření z nežádoucích účinků na zdraví lidí, zvířat nebo z neblahých dopadů na životní prostředí. Geneticky modifikovaných rostlin, které testy bez problému projdou, se není třeba obávat.
Zároveň je namístě položit si otázku, proč si stejně důkladně neposvítíme na klasické plodiny, když je jejich šlechtění alespoň teoreticky provázeno podobnými riziky jako v případě plodin vzniklých genetickou modifikací. Pokud u konvenčních plodin mávneme nad těmito riziky rukou, je třeba se ptát, zda máme nějaký rozumný důvod nebýt ke geneticky modifikovaným plodinám stejně velkorysí.

Prameny:
Prescott V.E., Campbell P.M., Moore A., Mattes J., Rothenberg M.E., Foster P.S., Higgins T.J.V., Hogan S.P.: Transgenic expression of bean alfa-amylase inhibitor in peas results in altered structure and immunogenicity. J. Agric. Food Chem. 53, 9023-9030, 2005

Morton R.L., Schroeder H.E., Bateman K.S., Chrispeels M.J., Armstrong E., Higgins TJ.V. : Bean alfa-amylase inhibitor 1 in transgenic peas (Pisum sativum) provides komplete protection from pea weevil (Bruchus pisorum) under field conditions. PNAS 97, 3820-3825, 2000.