Geneticky modifikované rostliny a potraviny

Miloš Ondřej Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Biologická fakulta Katedra genetiky, vedoucí katedry Doc. RNDr. M. Ondřej, DrSc. Souhrn: Geneticky modifikované (transgenní) rostliny existují již dvacet let. Transgenní odrůdy rostlin se pěstují od roku 1994 a v minulém roce jejich plocha dosáhla 400 000 km2. V ČR se pěstují zatím jen pro vědecké a výzkumné účely, ale je pravděpodobné, že produkty transgenní soji a kukuřice se k nám dovážejí. Obsahují transgeny pro odolnost k herbicidům, hmyzím škůdcům a selektovatelné transgeny pro odolnost k antibiotikám. Transgenní odrůdy jsou nejpodrobněji testované odrůdy rostlin. Nemají žádné škodlivé vlivy pro lidské prostředí ani lidské zdraví. Přesto budou potraviny testovány na přítomnost či nepřítomnost transgenů a potraviny, které obsahují produkty GMO budou značeny. Klíčová slova: Transgenní rostliny – GMO - DNA – PCR – horizontální přenos transgenů - tolerance k herbicidům – rezistence k hmyzím škůdcům – rezistence k antibiotikám. Summary: Geneticaly modified (transgenic) plants already exist for 20 years. Transgenic plant varieties are grown from 1994 and in last year their area reached 400 000 km2. In CR they are grown for science and research purposes only, but it is probable that some products of transgenic soybean and maize are imported. Their carry transgenes coding for herbicide tolerance, resistance to plant pests and antibiotic resistance. Transgenic plant varieties are the most thoroughly tested plant varieties. They do not show any detrimental effects for both human environment and human health. Despite of it, food products will be tested for the presence or absence of transgens and food containg the products of GMO will be labelled. Key words: Transgenic plants – GMO - DNA – PCR – horizontal transfer of transgenes – herbicide tolerance – pest resistance – antibiotic resistance. V poslední době se často hovoří o geneticky modifikovaných (transgenních) organismech (GMO) a geneticky modifikovaných odrůdách kulturních rostlin a z nich vyrobených potravinách. Většinou se pojem geneticky modifikované odrůdy rostlin vyskytuje v téže větě s pojmem nebezpečí pro přírodní prostředí a člověka. Je to zcela bezdůvodné, ale bylo by třeba si věc vysvětlit podrobněji. Metody genového inženýrství, kterými je možno vnášet do dědičného základu rostlin geny z jiných organismů jsou k dispozic něco přes dvacet let. Po celou tuto dobu na problematice pracujeme také na našem pracovišti – Ústavu molekulární biologie rostlin AVČR a na dalších vědeckých institucích ČR. Vlastní problém, zda odrůdy kulturních rostlin s cizími geny nemohou nějakým způsobem ovlivnit přírodní prostředí nebo zdraví člověka je všude ve světě, i u nás sledován již přes 10 let. Transgenóze rostlin je především nástrojem vědeckého poznání, ale i novou metodou, používanou ve šlechtění rostlin. Od r. 1994 jsou k dispozici také první odrůdy kulturních rostlin. V r. 1999 jejich celková plocha činila 400000 km2, což několikanásobně překračuje plochu orné půdy v ČR. Transgenní odrůdy rostlin se pěstují především v USA, Kanadě, Argentině a Číně. Jedná se převážně o tyto plodiny: kukuřice, sója, bavlník, řepka, brambory, rajčata, tabák, pšenice, cukrovka, tykve, papája, čekanka, karafiát a další. Hlavní vnesené geny (transgeny), které současné transgenní odrůdy rostlin obsahují, jsou například tolerance k některým novým typům herbicidů, rezistence k hmyzím škůdcům, rezistence k některým rostlinným virům. Dále jsou to geny pro takové znaky, jakými jsou pylová sterilita, která umožňuje využívat heteróze (F1 hybridů), kterou šlechtitelé využívají již desítky let, nebo zvýšená trvanlivost plodů rajčat či květů karafiátu. Produkty z transgenních rostlin konzumují stovky milionů lidí a žádné negativní jevy nebyly zaznamenány. Žádné transgeny v geneticky modifikovaných odrůdách však nepředstavují nebezpečí pro přírodu ani člověka. To bylo prokázáno velmi podrobnými zkouškami, jakými nikdy dříve žádné nové odrůdy rostlin neprošly. Z tohoto hlediska transgenní odrůdy jsou nejbezpečnější, jaké kdy byly používány. Co se týče experimentálních nových transgenních rostlin na vědeckých pracovištích, tam je nutná opatrnost. Každá nová transgenní rostlina musí z hlediska bezpečnosti práce projít čtyřmi stadii: pěstování v uzavřené laboratoři, pěstování v uzavřeném skleníku, kontrolované uvádění do životního prostředí v malých polních pokusech a případně speciální dlouhodobé odrůdové předzkoušky. V Evropě se pěstují některé speciální typy transgenních rostlin ve velmi omezené míře a většina pěstování má pokusný charakter. Jedná se zkoušení budoucích nových odrůd za sledovaných podmínek na malých plochách. Produkty tohoto pěstování se nepoužívají jako potraviny ani krmiva. V ČR se pokusy s transgenními rostlinami provádějí rovněž. Z hlediska bezpečnosti pro přírodní prostředí a zdraví člověka je kritický stupeň přechodu od pěstování v uzavřeném a chráněném pokusu k polním pokusům. Toto první uvedení do životního prostředí znamená, že již nelze zcela zaručit, že transgen bude možno z přírody opět eliminovat. Pěstování ve volné přírodě musí splňovat řadu kriterií. Nemůžeme zcela vyloučit, že transgen se pylem nepřenese na další rostliny, i když je snaha tuto možnost minimalizovat. K pěstování ve volné přírodě je možno přistoupit až po provedení kvalifikovaného odhadu rizika, který kombinuje předchozí údaje o obdobných transgenních rostlinách v literatuře a dosavadní zkušenosti s danou rostlinou, transgenem i prostředím. Tento krok, stejně jako následující, tedy provedení rozsáhlejších polních pokusů, jejichž cílem obvykle je registrace odrůdy obvykle posuzuje komise odborníků s celostátní působností na návrh výzkumného pracoviště a povoluje správní orgán, obvykle na úrovni ministerstva. Provádějící organizace o pokusu podává zprávu a má povinnost referovat o případných nepříznivých účincích transgenu schvalujícímu orgánu. Veškeré polní pokusy s transgenními rostlinami jsou mimo to důsledně po všech stránkách kontrolovány správními orgány. Na výzvu schvalujícího orgánu má pracoviště povinnost pokus zrušit a pokusnou plochu i její okolí transgenních rostlin a jejich případných hybridů zbavit. U nás existuje již přes 10 let Česká komise transgenóze rostlin, která je poradním orgánem Ministerstva životního prostředí, které vydává rozhodnutí o povolení pěstování transgenních rostlin. Provádějí se odrůdové předzkoušky kukuřice, cukrovky a řepky olejné. Transgeny, které se za našich podmínek znovu testují, jsou tolerance k herbicidům, odolnost k hmyzím škůdcům a pylová sterilita, která umožní účelně využít F1 hybridů řepky. Uvolnění prvních transgenních odrůd pro běžné pěstování u nás se předpokládá v letech 2003-2004. Přestože se v ČR transgenní odrůdy pro zemědělské využití zatím nepěstují, je pravděpodobné, že se produkty transgenních rostlin v obchodech u nás v malé míře objevují. V USA a Kanadě při vývozu neodlišují transgenní rostlinné produkty od netransgenních, protože tam žádné obavy z transgenních rostlin nejsou. Oddělování transgenních a netransgenních odrůd téhož druhu rostlin v průběhu skladování a transportu se ukázalo jako neúnosně drahé a proto od něho v USA a Kanadě ustoupili. Je tedy možné, že některé dodávky soji a kukuřice z těchto zemí obsahují i produkty transgenních rostlin. U těchto dvou druhů kulturních rostlin se jedná o tři hlavní typy vnesených genů: Geny pro toleranci k herbicidům, odolnost k hmyzím škůdcům a možná gen pro a pro odolnost k antibiotikům. Uvedeme zde tedy podstatu těchto genů a jejich hodnocení z hlediska lidského zdraví. K tomu bude nutno zopakovat několik základních pojmů a faktů. Podstatou genů je DNA (kyselina deoxyribonukleová). Ta se skládá z jednotek – nukleotidů a každá jednotka se skládá z jedné ze čtyř dusíkatých bází (adenin – A, thymin –T, guanin – G, a cytosin – C), dále z cukru deoxyribosy a zbytku kyseliny fosforečné. Nukleotidy jsou uspořádány do základního vlákna DNA, které je kopolymerem čtyř různých typů nukleotidů. Základní struktura DNA – dvojitá šroubovice - je tvořena dvěma takovýmito proti sobě jdoucími řetězci, které jsou ve vzájemné poloze drženy vodíkovými můstky mezi bázemi adeninem –thyminem a guaninem – cytosinem. Kodování každého genu se účastní jen jedno z obou komplementárních vláken DNA. Průměrná délka rostlinného genu je asi 3000 nukleotidů. Nejmenší počet genů vyšší rostliny je asi 25000, pro srovnání počet předpokládaný počet genů člověka je asi 100 000.. Při transgenozi se k tomuto množství přidává do dědičného základu rostlin jeden nebo několik genů. Nemusí to být ani cizorodé geny. Například jedna z transgenních odrůd kukuřice, rezistentních k herbicidu Roundup obsahuje transgen, jehož homolog v dědičném základu kukuřice je. Transgen má však pozměněné dvě báze a DNA a protein, který kóduje, má dvě aminokyseliny odlišné. Stejná změna by mohla být také vyselektována mezi mutacemi, ale vyžadovalo by to hodnocení neúnosně velkého množství šlechtitelského materiálu a proto je transgenoze mnohem lepším řešením. Transgen je na jiném místě dědičného základu, jiném chromozómu, než jeho původní homolog. Transgen i původní gen se v dědičném základu projevují současně. Oba kódují tentýž enzym, který se účastní při biosyntéze některých aminokyselin. Zatímco enzym, produkovaný činností původního genu, je citlivý k herbicidu Roundup, který jej zcela inaktivuje, enzym, kódovaný transgenem je k tomuto herbicidu necitlivý. Po působení herbicidu netransgenní rostlina s inaktivovaným enzymem bez syntézy aromatických aminokyselin do dvou týdnů hyne, zatímco transgenní rostlina, jejíž enzym kódovaný transgenem nebyl herbicidem poškozen, bez úhony přežívá. V jiných případech je transgen značně odlišný od obdobného rostlinného genu. Například herbicid fosfinothricin je produkován biotechnologicky, činností bakterií Streptomyces viridochromogenes a Streptomyces hygroscopicus. Tento bakteriální toxin působí na jiné bakterie i rostliny. Inhibuje enzym glutaminsyntasu, která se podílí na detoxikaci amoniaku. Rostliny po inaktivaci tohoto enzymu hynou během několika dní. Detoxikace amoniaku u obratlovců je ovšem zcela odlišná. U bakterií S. hygroscopicus a S. viridochromogenes je ale podobná jako u rostlin. Bakterie Streptomyces tento enzym mají, ale není citlivý k fosfinotricinu. Gen pro glutaminsyntázu z dědičného základu těchto bakterií byl klonován a vnesen do genomu rostlin. Transgenní odrůdy kulturních rostlin s tímto transgenem jsou proto rezistentní k fosfinothricinu. V dalších příkladech transgen vůbec nemá odpovídající gen v rostlinném dědičném základu. Tak je tomu například u transgenních rostlin, obsahujících transgeny pro odolnost k hmyzím škůdcům. V současných odrůdách je tímto transgenem některý z genů pro delta-endotoxin Bacillus thuringiensis. Je to bílkovina, toxická k určitému řádu hmyzu. Ta, která je v transgenní kukuřici, je toxická pro motýla Ostrinia nubilalis, jehož larvy ničí dřeň stonků kukuřice. Méně škodí jiným motýlům a je neškodná pro ostatní hmyz a tím méně pro obratlovce. Bakterie B. thuringiensis, případně jejich delta endotoxin, se v USA používají po 40 let jako biologický insekticid a žádné problémy nebyly zaznamenány. U nás obdobný preparát pod názvem Bathurin vyrábělo zemědělské družstvo Slušovice. Protein je tedy dobře vyzkoušený a není třeba z transgenních rostlin jej obsahujících mít obavy, právě tak jako z transgenních rostlin s rezistencí k herbicidům. Zbývá otázka genů pro rezistenci k antibiotikům v dědičném základu rostlin. Některé transgenní odrůdy obsahují také transgeny pro rezistenci ke kanamycinu nebo k jiným antibiotikům. Tyto transgeny se projevují v rostlinách, ale ne bakteriích nebo živočiších. Do dědičného základu těchto odrůd byly vneseny společně s geny, zamýšlenými pro vylepšení dědičné výbavy, aby při procesu transgenóze bylo možno na základě jejich projevu selektovat rostlinné buňky a rostliny, do nichž byly metodami genového inženýrství vneseny požadované geny. Vyskytly obavy z tak zvaného „horizontálního přenosu“ genu do bakterií, které jsou nezdůvodněné. Bakterie mají schopnost přijímat cizorodou DNA a pokud je homologní s genetickou informací bakteriálního chromozómu, ji do chromozómu zabudovávat. Kódující sekvence rostlinného genu pro rezistenci k antibiotiku je sice původem z bakteriálního genomu, ale pochází z transpozónu. To je úsek DNA, který většina bakterií nemá a nemá tedy s ním homologní DNA. Bakterie jsou tedy buď odolné vůči kanamycinu a pak nevzniká větší nebezpečí tím, že by se rezistence ke kanamycinu přenesla, nebo nejsou a pak nemají homologní úsek DNA, do kterého by se transgen mohl zabudovat. Není tedy nebezpečí, že dojde v půdě nebo v trávicím traktu živočichů ke vnesení kódující části genu pro rezistenci ke kanamycinu do dědičného základu bakterií, tím méně do dědičného základu rostlinných buněk. Použití transgenních rostlin s těmito geny nepředstavuje zdravotní nebezpečí člověka, ani nebezpečí pro přírodní prostředí. Vzhledm k námitkám se při současné tvorbě transgenních odrůdách tyto transgeny nepoužívají nebo se speciální metodou eliminují po dokončení procesu transgenóze. Výsledky mnoha testů ukázaly, že transgenní odrůdy a s nimi spojené nové technologie v zemědělství jsou šetrnější pro přírodní prostředí i zdraví člověka, než klasické technologie zemědělské velkovýroby. Přesto podle zákona o geneticky modifikovaných organismech, který je v konečném stadiu schvalování a předpokládá se, že začne platit od nového roku, i podle navrhované novely zákona o potravinách budou produkty transgenních rostlin na potravinovém trhu značeny. Je třeba to chápat jako respektování přání lidí, kteří si nepřejí jíst potraviny, připravené z transgenních rostlin. Je stejně oprávněné, jako například přání těch, kteří nejedí maso. Z uvedených návrhů zákonů bude vyplývat i nutnost testování potravin na nepřítomnost transgenů. To lze provést metodou PCR (polymerase chain reaction), která umožňuje najít teoreticky jedinou odlišnou molekulu DNA ve vzorku materiálu atakovéto testování bude provádět Česká inspoekce životního prostředí. Cena jednoho stanovení se ovšem pohybuje řádově v tisících korun. a lze očekávat, že se promítne i v konečné ceně potravin. Závěrem třeba znovu zdůraznit, že žádná z ve světě povolených transgenních odrůd rostlin, vyšlechtěných renomovanými biotechnologickými firmami, nemá nepříznivé účinky na zdraví člověka. Produkty transgenů ve stávajících transgenních odrůdách nejsou ani toxické pro člověka, ani alergenní. Pěstování transgenních rostlin nemá méně příznivý vliv na přírodní prostředí než netransgenní odrůdy, pěstované za podmínek běžné zemědělské velkovýroby. Transgenní odrůdy jsou naopak z mnoha hledisek k životnímu prostředí i zdraví člověka šetrnější a lékaři mohou s klidným svědomím konzumaci jejich produktů doporučovat. Adresa autora: Doc. RNDr. Miloš Ondřej, DrSc, Biologická fakulta Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, katedra genetiky, Branišovská 31, 370 05 České Budějovice. Recenzní posudky: RNDr. Jindřich Bříza, CSc., RNDr. Slavomír Rakouský, CSc. Zdroj: MŽP