BASF
BASF
BASF

AGRA

Nobelova cena za chemii v roce 2020 za CRIPSR-Cas9

18. 04. 2021 Ing. Josef Gall; Týn nad Bečvou Osivo a sadba Zobrazeno 2103x

Genové inženýrství a zejména editace genomu právě prochází bouřlivou revolucí. Jakou máme šanci, že si touto technologií polepšíme a neuškodíme? Negativní důsledky postupujících klimatických změn - narůstající horko a sucho, šířící se nové choroby a škůdci aj. mohou pomoci podstatněji zmírnit (kromě dalších opatření) také nové metody genetického inženýrství a zejména nově objevená editace genomu.

Proseeds

Geneticky modifikované organizmy (GMO) jsou organizmy jejichž genetická výbava byla záměrně upravena tak, aby se pozměnily jejich vlastnosti, například aby plodina byla odolnější vůči suchu, některým škůdcům, případně je nepoškodí některé aplikované herbicidy. Úroda bývá jistější (vyšší) a náklady menší. Navíc se ještě sníží zatíženost životního prostředí menší aplikací pesticidů. Postupy genetických úprav se stále zlepšují a zpřesňují. Objevily se však obavy z narušení rozmanitosti života či z možnosti nepříznivých dopadů na zdraví, například alergických reakcí při konzumaci GMO plodin.

Vědkyně Jenifer Doudna a Emmanuelle Charpentier dostaly prestižní vědecké ocenění Nobelovu ceny za chemii za rok 2020 za to, že mají velký podíl na vývoji tzv. genetických nůžek, metody CRIPSR-Cas9 neboli nástroji, který se používá pro zkoumání, manipulaci a úpravu genomu od roku 2012. Tím rozpoutaly „genetickou revoluci“. Nejen genetickou nebo vědeckou, ale skutečnou, celospolečenskou.

Otevřely lidstvu cestu k cíleným, přesným a spolehlivým zásahům do dědičné informace nejrůznějších organizmů. Mikroby počínaje a člověkem konče. Mluví se o ní jako o jednom z největších objevů 21. století. Využití má nejen v medicíně, ale velkou měrou právě v zemědělství a potravinářství.

„Jedná se velmi silný genetický nástroj… který je pro lidstvo obrovskou příležitostí,“ řekl k metodě CRISPR předseda Nobelova výboru pro chemii Claes Gustafsson. Zároveň ale upozorňoval, že uvedená „technologie musí být používána s velkou opatrností.“

Do DNA nejrůznějších organizmů člověk zasahoval už dlouhá desetiletí. K získání nové odrůdy dané plodiny s požadovanými vlastnostmi se využívaly tři hlavní cesty - mutageneze, selekce a křížení. Tři procesy původně zcela „spontánní“, tedy přírodní. Později člověkem pochopené, zvládnuté, vylepšované, využívané, a taky i zneužívané. Spontánní mutagenezi před půl stoletím nahradila různá gamapole nebo zubařské rentgeny. Vedle různých radiomutantů průběžně vznikali i mnozí v praxi později využívaní chemomutanti. Jedli jsme je a pili bez mediálních odsouzení či protestních akcí. Klasickou mutagenezi používali a používají i biošlechtitelé.

Jenže to byla „střelba na slepo“. Nevěděli jsme, co v dědičné informaci vlastně provádíme a spoléhali jsme na šťastnou náhodu. Často nám to vyšlo. Díky tomu máme řadu nových zemědělských plodin, máme i nové léky, k jakým bychom se jinak těžko dostávali. S určitou porcí štěstí jsme byli s to dokonce napravit vrozené genetické defekty lidí s těžkým dědičným postižením a provádět něco, čemu říkáme genová terapie. Ale bylo to všechno zoufale neohrabané, zdlouhavé, drahé a někdy i trochu nebezpečné. V roce 2000 například vyléčil francouzský lékař Alain Fisher genovou terapií tucet tzv. bublinových dětí z těžkého dědičného defektu imunitního systému. Tři pacienti ale dostali záhy leukémii a jeden na ni zemřel. Jen proto, že Fisher neuměl ještě pořádně zacílit opravu genu na to správné místo a u tří nemocných proběhla korekce stylem „tanec slona v porcelánu“.

Jestliže se Fisher a spol. podobali střelci mířícímu potmě brokovnicí na stodolu, pak dámy Doudna a Charpentier nám umožnily, abychom se stali genetickým Vilémem Tellem. Od mikrobů okoukaly zvláštní molekulární nástroj, kterým se bakterie a archea (archebakterie) brání virům. Když mikrob útoku viru nepodlehne, rozporcuje si jeho dědičnou informaci a uloží si ji do své vlastní DNA jako do archivu. Když pak na mikroba zaútočí podobný virus, bakterie již potom umí dvojitou šroubovici DNA viru přestřihnout na dva kusy, a tím vir zlikviduje. Dámy Doudna a Charpentier si uvědomily, že mikrobi nabízejí dokonalý nástroj pro genové inženýrství. Stačí syntetizovat krátký řetězec RNA tak, aby dosedl na přesně vybrané místo dědičné informace organizmu, kterému chceme změnit DNA. Krátká RNA funguje jako „čmuchací pes“ - vyhledá příslušný cíl v dědičné informaci tvořené třeba několika miliardami písmen genetického kódu. A když přidáme příslušnou molekulu „stříhacího“ enzymu, tak v tomto místě dědičné informace vznikne „díra“. V dědičné informaci tedy můžeme udělat něco podobného, jako když při psaní textu na počítači zadáme příkaz „Najít“ a zadáme příslušné slovní spojení nebo větu. Pokud se díra vytvořila uvnitř genu, pak gen přestal fungovat. Dřívější techniky pro cílené zásahy byly podstatně nedokonalejší a o několik řádů dražší.

S těmito verzemi CRISPR-Cas9 se dalo dělat mnoho užitečných věcí, ale technicky jednoduché a účinné bylo vlastně jen zničení nějakého genu mutací - vytvořením díry. Tato díra se následně vyspravila „záplatou“ z nového genu. „Záplata“ se však často neuchytila nebo byla „našita“ poněkud kostrbatě. Bylo to ale komplikované, fungovalo to jenom v některých buňkách a navíc málo účinně.

K nejvýznamnějším objevům právě uplynulého roku 2020 se nepochybně zařadí také nová technika genového inženýrství označovaná jako „prime-editing“- „vyhledej a nahraď“. Umí opravit vybrané části DNA. Nový postup (enzym) označovaný jako prime-editing dokáže na libovolném místě genomu najít krátkou genovou sekvenci DNA a podle jednoduchého RNA vzoru genom přesně a čistě přepsat s vysokou účinností a spolehlivostí. Na medicínské aplikace to možná ještě není dost přesné a účinné, ale pro šlechtění zvířat nebo rostlin je to úplná sci-fi.

Popisuje se to jako genetický textový editor, který dokáže přesně přepsat genetický kód. Vědci prohlašují, že je to podobné, jako když píšete v textovém editoru. Technologii si každý může představit jako stisknutí klávesové zkratky Ctrl + F, jež se používá pro hledání kousku textu, který chce uživatel změnit. Pak stačí zadat Ctrl + C a Ctrl + V na to, aby se do vyznačeného místa zkopíroval nový text. Prime editing používá „záplatu“ DNA upravenou v laboratoři a k úpravě genetické informace dochází za pomocí enzymů. Pokud se vrátíme k příměru se záplatou, pak je při „prime-editingu“ vnesena do DNA „záplata“ zcela „beze švů“.

Evropská veřejnost i politici stále považují genetické inženýrství za cosi nepřirozeného, bojí se ho. Přitom se bez něj neobejdeme. Povolení k užití jako potravina či krmivo v EU mají v současnosti kolem šesti desítek GM plodin, kromě kukuřice například bavlna nebo sója. Pokud na sobě máte džíny, tak téměř jistě pocházejí z geneticky modifikované bavlny. Pokud si dáte k obědu maso, je dost dobře možné, že zvíře bylo krmeno geneticky upravenou sójou nebo kukuřicí, které se do Evropy dovážejí a bez nichž by se evropští chovatelé neobešli. I když maso nejíte - sója je také součástí mnoha vegetariánských pokrmů.

Soudní dvůr EU (SDEU) rozhodl dne 25. 8. 2018, že organizmy pocházející z určitých technik tzv. mutageneze, tj. i rostliny změněné pomocí tzv. genetických editačních nástrojů, jako je například CRISPR, budou klasifikovány jako geneticky modifikované organizmy a musí tudíž splňovat požadavky na posouzení rizika, sledovatelnost, označování a monitorování stanovené příslušnou směrnicí EU (2001/18). U genetických změn, které zná veřejnost jako GMO však vždy šlo o vnášení cizích genů do genů původních.

Genetický nástroj CRISPR v návaznosti i Prime editing, je mnoha vědci považován za velmi nadějný pro zvyšování odolnosti rostlin. Podle nich se během takových zákroků do rostlin nevnáší žádná cizí DNA, v podstatě jde jen a pouze o výrazné urychlení procesu, který vzniká běžným šlechtitelstvím. Řada vědců se teď proto obává, že to může v Evropě zpomalit výzkum této nadějné technologie, a proto vydali výzvu: Povolte u plodin úpravu genů. Změny klimatu se už projevují i v Evropě čím dál tím víc. Očekávají se ještě větší sucha, horka a rychlejší šíření nových chorob a škůdců rostlin. Genetická editace - úprava nabízí pomoc - nové odrůdy plodin odolnější suchu, horku a dalším nebezpečím, které klimatická změna s sebou přináší. Evropa však nemusí být na tyto změny připravena. A může se stát, že nebudeme schopni si dovézt potraviny a krmiva ani odjinud. Při zvažování rizik je změna klimatu mnohem reálnější, než neprokázaná nebezpečí z plodin genetického inženýrství, které se ve světě docela bezpečně pěstují již více než 20 let.

Schéma metody CRIPSR (www.biotrin.cz/crispr-cas9-oblibena-metoda-slechtitelu/)
Schéma editace genomu metodou CRISPR (https://cs.wikipedia.org/wiki/CRISPR_editace_genomu)

Schéma editace genomu metodou CRISPR
(cs.wikipedia.org/wiki/CRISPR_editace_genomu)
Schéma editace genomu metodou CRISPR (cs.wikipedia.org/wiki/CRISPR_editace_genomu)

Zdroje:

www.ceitec.cz/vyzva-vedcu-povolte-u-plodin-upravu-genu/t9971

ct24.ceskatelevize.cz/veda/2548282-evropska-unie-nasadila-nahubek-genetickemu-editovani-rostlin-vedci-se-boji-zpomaleni

www.osel.cz/11400-nobelova-cena-za-chemii-2020.html

Související články

Přehled odrůd pelušky jarní na píci, 2024

28. 03. 2024 Ing. František Vytiska; Národní odrůdový úřad ÚKZÚZ Osivo a sadba Zobrazeno 89x

Seznam doporučených odrůd sóje, 2024

26. 03. 2024 Ing. František Vytiska; Národní odrůdový úřad ÚKZÚZ Osivo a sadba Zobrazeno 168x

Národní program konzervace a využití genetických zdrojů a biodiverzity oslavil 30 let

22. 03. 2024 Ing. Veronika Venclová, Ph.D.; Agromanuál Osivo a sadba Zobrazeno 161x

Průběh počasí a výsledky odrůdových pokusů se sójou v roce 2023

06. 03. 2024 Ing. Přemysl Štranc, Ph.D. a kol. Osivo a sadba Zobrazeno 228x

Okénko do zahraničí: DNA pšenice by mohla pomoci vyšlechtit plodiny odolné klimatu

01. 03. 2024 Doc. Dr. Ing. Jaroslav Salava; Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha-Ruzyně Osivo a sadba Zobrazeno 315x

Další články v kategorii Osivo a sadba

detail