Genoví inženýři a hmyzí opylovači

12. 08. 2024 Prof. RNDr. Zdeněk Opatrný, CSc.; Univerzita Karlova Osivo a sadba Zobrazeno 357x

Příběh o přátelském či naopak antagonistickém vztahu včel a geneticky modifikovaných (GM) rostlin je známý už málem čtvrt století. Tehdy se totiž do světa vydaly první „hmyzuvzdorné“ plodiny, jež nebylo třeba insekticidně ošetřovat. Na jakém principu vlastně vznikly, jakou strategií se řídil jejich další vývoj? Co to byly/jsou ty nejznámější a dosud celosvětově nejpoužívanější z nich, známé jako Bt plodiny - kukuřice, sója, řepka a další a další?

Bt plodiny - Bt toxiny - insekticidy

Bt plodiny jsou plodiny se vnesenými geny bakterie Bacillus thuringiensis pro tvorbu všelikých protihmyzích cry-toxinů. Tento patogen byl znám již od počátku dvacátého století zejména jako likvidátor chovů bource morušového.

Různé druhy či rasy usmrcených bakterií Bacillus thuringiensis byly nejprve, zejména ve Francii, používány jako účinná složka různých insekticidů. Při tom bylo nejen zjištěno, že nejsou nebezpečné žádným obratlovcům, ale že se navíc honosí málem precizní účinností jen na určitý hmyzí druh. Postrádají tedy širokospektrální toxicitu provázející většinu běžně používaných syntetických přípravků. Jako spolehlivá agens je doporučují i současná vysokoškolská skripta pro posluchače agrobiologických oborů (Urban et al. 2003). Co vím, tak jejich praktické využití moc velké není - mimo jiné i proto, že jsou poměrně drahé.

A samozřejmě mají řadu limitů, vlastních všem insekticidním postřikům. Bojte se větru, deště, ten je sfoukne či smyje. A také je třeba se s aplikací strefit do správného vývojového stadia škůdce. Do období, kdy se toxin naváže na střevní výstelku larev, proděraví ji a larvy zásadně poškodí.

Tyhle problémy ale spolehlivě řešila ona geniální technologie genetické modifikace. Rostlina si příslušný toxin vyrábí sama. Nijak tím netrpí, neschází jí energie pro „normální“ metabolismus a produkci. Počasí sem, počasí tam. Účinek toxinové nálože se spouští, až když si „ta pravá“ housenka kousne. Co chcete lepšího?

Ve včelařské komunitě ovšem, s ohledem na lidskou podvědomou obavu ze všeho možného a „nepřirozeného“ narůstaly obavy. Kdo je schopen takové rostliny vytvářet? No samozřejmě jen velké instituce, nejlépe nadnárodní a v principu zámořské. Chraňme Evropu před tímto hazardem. Základním argumentem se stala „precaution“ - předběžná opatrnost.

Jak moc se lze spolehnout na cílenou specifitu?

První léta raketového nástupu využití BT plodin (zejména kukuřice, potom řady dalších) byla aktivisticky velmi rušná a tahle pochybnost tedy dost zásadní. Genetické modifikace jsou nepřijatelné pro komunitu organických/ekologických zemědělců. Naprosto a trvale byly a jsou proti organizace typu Greenpeace. Vyvolaly mimo jiné tažení za záchranu kultovního motýla monarcha (Danaus plexippus), jehož populace měly být různým pylem Bt plodin údajně ohroženy.

Jejich pochybnosti nebyly nikdy prokázány. Ani v Severní Americe, kde byly obrovské kukuřičné lány lemovány mezemi, na němž rostla přirozená potrava monarších housenek, tedy klejicha (Asclepias). Konec aplikace konvenčních insekticidů (existují statistiky o „milionech tun“ jejíž aplikace byla ušetřena orná půda a vodní toky) hmyzím společenstvím zřetelně svědčil.

V průběhu let se ale ukázal jiný monarší problém. Počáteční celosvětový růst zemědělských ploch osetých GM plodinami se postupně posunul od převahy oněch insekticid rezistentních plodin k HT plodinám. Tedy herbicid tolerantním. Takže různé plevely likvidované glyfosátem (Roundup) či glufosinátem (Basta) začaly z přírody mizet. A s nimi i klejicha.

Není vyloučeno, že budoucí ekoprojekty budou muset pamatovat na různá refugia monarchovi napomáhající. Na druhou stranu, v řadě případů se monarch už šíří světem a přizpůsobuje se i alternativním zdrojům potravy. Naši potomci už ho možná budou znát jako přizpůsobivého kosmopolitu.

Bt plodiny a včely, čmeláci a další opylovači

Co tedy po všech těch letech celosvětového masivního pěstování Bt plodin tvrdí věda o jejich účinku hmyzí opylovače?

První laické domněnky kolem efektu rostlinných cry-toxinů na užitečný hmyz byly dány představou, jak si včely hromadí „ten jedovatý pyl v úlech a ničí tak svoje potomstvo“. Obavy se ale nikdy nepotvrdily. Ano, pyl Bt plodin se dá snadno detekovat ve včelí snůšce, ale včelám naprosto nevadí. Naopak, existují data o tom, že pyl z Bt lánů dělá problém larvám zavíječe voskového (Galleria mellonea), kterého včelaři právě nemilují. Byť jej občas obhajují jako přírodního regulátora výskytu přírodních parazitních včelstev. A námitky možno říci „ideologicko-etické“, ve stylu „tohle by Příroda nikdy nepřipustila“? Nikdo už dnes vážně nepopírá zásadní evoluční funkci tzv. horizontálního genového transferu u všech typů živých organizmů.

Rezistence škůdců vůči Bt toxinům

Nové poznatky přinášejí i nová řešení problémů, které dosavadní GM techniky postupně přinášely. Významnou komplikací pěstování Bt plodin se stala narůstající přirozená selekce subpopulací škůdců odolných vůči dříve účinným typům Bt cry-toxinů. Fenomén obecně typický pro rozsáhlé monokultury.

Praxe pro možná řešení již v minulosti vyvinula různé strategie (viz systémy Bt - prostých refugií). Ale hledaly se také jejich možné, co možná „přírodní“ náhrady. A nacházejí se. Dle publikace týmu Wei et al 2023 byly u některých čeledí kapradin (druhy Pteris cretica, Pteris umbrosa nebo řády Physeales či Ophioglosales) totiž postupně objeveny insekticidní proteiny, svými doménami podobné cry-proteinům Bt.

Obdobný je i molekulární mechanizmus jejich účinku, tedy vazba na střevní výstelku motýlích housenek v místech různých receptorů či iontových kanálů. Postupně byly izolovány jejich geny a vneseny do kukuřice či sóji. Krmné testy mj. prokázaly, že dva z těchto kapraďových proteinů insekticidně působí na populace již zmíněného kalamitního motýlka blýskavky kukuřičné (Spodoptera frugiperda) vykazujících jinak odolnost vůči klasickým Bt „three-domain“ cry-proteinům Cry1Fa a Cry2a.127.

Možná tedy máme v rukou zcela nový nástroj likvidace hmyzích škůdců nechtěně vyselektovaných aplikací cry-Bt. Odkud že se tyhle proteiny ve zkoumaných kapradinách asi vzaly? No jistě, v prvé řadě horizontálním genovým transferem. Svědčí o tom sekvenční podobnosti bakteriálních cry-toxinů s některými rostlinnými. Ale jak to zatím vypadá, některé jsou zřejmě i původem rostlinné.

Kapitola vývoje a využití nových typů „klasických geneticky modifikovaných rostlin“ tedy naprosto není uzavřená. Naopak. Ani pro Evropu, zatím tyto plodiny na jedné straně zakazující a na druhé pokrytecky masivně dovážející.

Plodiny genově editované

Je ovšem často v povaze lidské nenechat se ve svých názorech zviklat navzdory všem racionálním poznatkům, a tak onu nezaviněně špatnou pověst v mysli značné části včelařské obce přejali po GM plodinách i ty nové, moderní, ale taky „geneticky inžinýrované“ - tedy plodiny genově editované.

Vysvětlení jejich původu a principů jimž se geneticky editované od geneticky modifikovaných zásadně liší obsahuje můj předchozí příspěvek v Agromanuálu 2/2024. Vysvětluje, že se v podstatě jedná o precizní mutagenezi kopírující přírodní mechanizmy oprav ve struktuře (a tím pádem i funkci) přesně definovaných genů bakteriálních, živočišných i rostlinných. Jde o unikátní fenomén, nikoliv ne náhodou před pár lety oceněný Nobelovou cenou. Fenomén s obrovským praktickým pozitivním využitím. V lékařství i ve šlechtění.

Významnost tohoto fenoménu vedla postupně i politiky Evropského parlamentu k přípravě nové, vstřícné legislativy pro techniky NBT/NGT (New Breeding Techniques/New Genomic Techniques). Výsledek byl následující: 307 hlasů pro, 263 proti, 41 absencí.

Je to vlastně podobné příběhu klasických genetických modifikací. Na jedné straně podpora a důvěra klasické vědy založené na důkazech, na straně druhé poukazování na „nezvratná rizika“, která vypouštění geneticky editovaných organizmů do přírody přinášejí. A pochopitelné obavy šlechtitelů z otázky patentových práv a ekologických zemědělců z narušení dosavadních pravidel a další záludnosti v zásadě neměnné lidské mentality.

Souhrn

Osobně jsem přesvědčen, že včelám a vůbec opylovačům budou tyto techniky výrazně ku prospěchu.

Argumentace typu: „ano, třeba opravdu jen kopírujeme přírodu, ale evoluce si trpělivě čekala miliony let a vy to chcete stihnout za chvíli, s nepochybným rizikem přehmatů“ lze považovat sice za logické, ale samu podstatu té evoluce nechápající. A v kontextu předběžné opatrnosti eliminující realitu dvou základních rizik - kromě toho, že jsem něco spustil, i to, že jsem něco neudělal. Uvidíme, jaká bude realita?