Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Geneticky modifikované organizmy

1. Hmyzuvzdorné transgenní odrůdy – pohled entomologa
| seriál: Geneticky modifikované organizmy | další >
Publikováno: Vesmír 81, 636, 2002/11
Obor: Genetika

Co že jsem to chtěl říci? Už vím, nic; nebo jen to, že

život je složitější, než si kdo může představit.

Karel Čapek: Zahradníkův rok

Připomeňme: Dosud nejčastějšími vlastnostmi zabudovanými do transgenních rostlin jsou odolnost k hmyzu, tolerance k herbicidům, oddálené zrání plodů a vylepšená výživná hodnota plodiny. Oproti tradičním šlechtitelským postupům je dnes možné konstruovat nové odrůdy daleko rychleji a využít k vylepšení plodin geneticky podmíněné vlastnosti z fylogeneticky velmi vzdálených taxonů.

Transgenní odrůdy – pro a proti
Od poloviny devadesátých let 20. století nacházejí nové transgenní odrůdy uplatnění v USA, v Kanadě a v některých rozvojových zemích. V roce 1999 bylo osázeno již 40 milionů hektarů zemědělsky obdělávané půdy transgenními rostlinami, zejména kukuřicí, sójou, bavlnou a řepkou. V USA vyrostlo v roce 2000 zhruba 30 až 50 % kukuřice, sóji a bavlny z transgenního osiva.

Propagátoři geneticky modifikovaných rostlin argumentují sníženou spotřebou chemických pesticidů a vyšší produktivitou zemědělství. Nelze však přehlížet ani možná rizika. Působky odpovědné za odolnost geneticky modifikovaných rostlin vůči škůdcům nebo za odolnost k herbicidům (přípravkům k hubení plevelů) přetrvávají v plodinách i v potravinách. V této souvislosti se uvádějí případné zdravotní problémy, např. nebezpečí vzniku alergií. K ekologickým rizikům patří možné šíření nežádoucích genů, např. pylem, a riziko vzniku „superplevelů“ tolerantních k herbicidům. Největší riziko spatřuji v hrozícím paušálním zavádění odolných transgenních rostlin v situacích, kdy jejich použití není účelné. Jako důsledek neuváženého masového použití transgenního osiva hrozí předčasná selekce rezistentních populací škůdců. Poznatky o působení toxinů z transgenních rostlin na necílové organizmy vyvolávají spekulace o neblahém vlivu rozsáhlých porostů transgenních odrůd na biologickou diverzitu. I když se nesplnily katastrofické předpovědi o vlivu transgenní kukuřice na populace migrujícího motýla „monarchy“ (Danaus plexippus), zjištění toxického působení pylu Bt-kukuřice podnítilo další studium působení toxinů z transgenních plodin na necílové organizmy.

Aféry A. Pusztaie 1) a „monarchy“ (Vesmír 79, 503, 2000/9) zřejmě ovlivnily veřejné mínění a zprostředkovaně mohly mít vliv na pokles akcií firmy Monsanto (významného producenta transgenního osiva) i na posuzování problematiky transgenních rostlin Evropskou komisí. Ve Velké Británii bylo odloženo rozhodnutí o pěstování geneticky modifikovaných rostlin a zahájen projekt s cílem posoudit vliv pěstování transgenních odrůd kukuřice, řepky a řepy tolerantních k herbicidům na biodiverzitu zemědělské krajiny. Rozsáhlý projekt byl motivován obavou, že pokračující intenzifikace zemědělství provázená velice účinným vymýcením všech „konkurenčních“ rostlin (plevelů) herbicidy povede k dalšímu drastickému snížení populační hustoty obratlovců, především ptactva. Ve zmiňovaném projektu se sleduje od každé plodiny 25 pokusných ploch osázených tradičními a geneticky modifikovanými odrůdami. Podezírat řešitele z nekompetentnosti (Vesmír 79, 487, 2000/9) a připomínat, že „každý z popsaných výzkumů by měl mít kontrolu“, snad opravdu není na místě. Na projektu pracují tři přední britská pracoviště, připomenu alespoň jedno z nich: Institute of Arable Crops Research. Ten je pokračovatelem proslavené Rothamsted Experimental Station, kde pánové J. B. Lawes a J. H. Gilbert založili r. 1843 svůj pokus se pšenicí. Dlouhodobá sledování plodin na orné půdě zde probíhají dodnes.

Projekt „Sledování vlivů geneticky modifikovaných plodin tolerantních k herbicidům na biodiverzitu zemědělské krajiny“ byl zahájen r. 1999. Jeho řešitelé byli zaskočeni vandalizmem odpůrců geneticky modifikovaných organizmů, kteří devastovali pokusné porosty. Podobně jako u nás (Vesmír 81, 489, 2002/9) byly pokusné pozemky vystaveny nájezdům „ekologických“ aktivistů, jimž zřejmě není jasné, že bez rozsáhlých polních pokusů nelze získat objektivně hodnotitelné poznatky pro ani proti transgenním organizmům.

Určitá rozpačitost ve vztahu k transgenním plodinám je patrná z některých dalších událostí. Veliká potravinářská firma Frito-Lay svým dodavatelům sdělila, že geneticky modifikovanou kukuřici nadále nebude odebírat. Američtí farmáři, kteří se na pěstování transgenní kukuřice orientovali, nyní argumentují, že nejsou s to odděleně sklízet a skladovat kukuřici transgenních a tradičních kultivarů. V roce 1999 bylo v USA podáno nejméně žádostí o registraci nových geneticky modifikovaných odrůd od r. 1993. Konkrétně: r. 1997 bylo podáno 14 žádostí, r. 1998 jen 9 žádostí a r. 1999 již jen 6 žádostí, z nichž 4 byly před koncem roku staženy. Tento pokles může samozřejmě signalizovat končící éru první etapy geneticky modifikovaných rostlin, tedy éru kultivarů vybavených odolností k hmyzu díky Bt-toxinu (toxin bakterie Bacillus thuringiensis) a kultivarů tolerantních k herbicidům na bázi glyphosatu (účinné látky přípravku Roundup).

Evropská rezervovanost k zavádění transgenních rostlin je dílem iracionální, podněcovaná „ekologickými“ aktivisty, dílem opodstatněná. Připusťme, že s geneticky modifikovanými rostlinami v potravinách i v přírodě máme zatím méně zkušeností než s hygienicky problematickým těsným spodním prádlem (Vesmír, 80, 8, 2001/1).

Jednou z příčin menší vstřícnosti k zavádění geneticky modifikovaných rostlin v Evropě je přebytek zemědělských produktů a také to, že pěstování transgenních plodin nepřináší bezprostřední užitek spotřebitelům. Nezdá se, že by potraviny z transgenních rostlin byly levnější než stejně kvalitní, které byly vypěstovány konvenčními technologiemi. Evropská opatrnost v přístupu k transgenním plodinám se může obrátit ve výhodu, pokud se některá z rizikových příhod odehraje jinde ve světě, může však být nevýhodou v konkurenci s úspěšnějšími Spojenými státy, Čínou či některými rozvojovými zeměmi, kam se obrací rostoucí zájem biotechnologických firem. Nové transgenní odrůdy „exotických“ rostlin (rýže, manioku, banánů) vznikají i v evropských laboratořích. Akademická pracoviště a biotechnologické firmy přinášejí nové poznatky, hovoří se o transgenech druhé generace a hledají se cesty jak se vyrovnat s výhradami. Jedním z problémů může být zúžení genetické diverzity pěstovaných odrůd, tedy proces, který započal již se „zelenou revolucí“ a se zaváděním velmi produktivních odrůd. Například v Číně se počet pěstovaných odrůd pšenice ze zhruba 10 000 v roce 1949 snížil na 1000 v sedmdesátých letech minulého století. Je nebezpečí, že tyto odrůdy konkurenčnímu tlaku nových transgenních odrůd podlehnou a další tradiční odrůdy se zcela vytratí.

V nové situaci se musí angažovat všechny biologické obory. Úspěchy genetického inženýrství jsou obdivuhodné, euforie „lidí z oboru“ je pochopitelná. Biotechnologické firmy vložily do výzkumu a vývoje transgenních rostlin ohromné částky. Biotechnologickým firmám, z nichž některé zároveň vyrábějí agrochemikálie, jde bezpochyby o to, aby investované prostředky získaly zpět brzy a s patřičným ziskem. Odtud se odvíjí snaha přimět k pěstování transgenních plodin co nejvíce zemědělců a učinit je závislými na dodavatelích transgenního osiva. Soustředění produkce osiv v několika nadnárodních koncernech je ekonomicky výhodné, ale přináší i určitá rizika. Ekonomicky dominující producenti mohou podlehnout pokušení prosadit se v oblastech odborně a legislativně nepřipravených, a tudíž nejsnadněji ovlivnitelných. Ekonomicky je výhodná globalizace, ale živé přírodě je vlastní rozmanitost.

Vliv transgenních rostlin na „škůdce“ a jejich antagonisty
Tritrofické vztahy, tedy vlivy transgenních rostlin na fytofágy („škůdce“) a jejich antagonisty (parazitoidy, predátory) a případné vlivy na druhy „neškodné“ či „užitečné“, je vhodné studovat v kontextu s účinky konvenčních metod ochrany. Ve srovnání s množstvím dat nashromážděných dlouholetým studiem vlivů syntetických pesticidů na cílové i necílové organizmy jsou údaje o působení transgenních rostlin zatím jen útržkovité. Bt-kultivary kukuřice jsou dostatečně odolné proti zavíječi kukuřičnému (Ostrinia nubilalis), takže v rozsáhlých porostech transgenní kukuřice, navíc ošetřených herbicidy, nemají cílový škůdce ani další druhy členovců mnoho šancí přežívat, a tím je také omezeno působení predátorů i parazitoidů. Naproti tomu transgenní kultivary Bt-bavlny působí proti housenkám můr rodu Helicoverpa či Spodoptera jen méně výrazně. Taková jen částečná odolnost transgenních kultivarů by mohla umožnit spolupůsobení predátorů a parazitoidů, kteří zde nacházejí svou kořist v dostatečné míře. Prokázat, že tento předpoklad opravdu platí, však nebude jednoduché.

Není požadavek ochrany biodiverzity jen planou proklamací? Starost o zachování biodiverzity v původních, dosud lidskou činností málo dotčených biotopech je zřejmě racionální. Je však tento požadavek podložen konkrétními znalostmi v případě zemědělské krajiny? Uvedu alespoň jeden příklad: Zjistilo se, že prostorově omezená zaplavovaná společenstva rýže mohou být plně funkční a stabilní, a to při minimu ochranných zásahů – viz několikaleté zkušenosti z projektu integrované zemědělské produkce na Jávě. Vstupovat do takto propracovaného a drobnými zemědělci úspěšně praktikovaného systému s převratně novou technologií by se mělo až po velice uvážlivém a ekologicky fundovaném výzkumu. V našich podmínkách je učebnicovým příkladem vztah mezi kalamitami svilušek a klíčovými škůdci: obalečem jablečným v sadech nebo mšicí chmelovou na chmelnicích. Nevhodným zásahem proti klíčovému škůdci lze navodit přímo katastrofální přemnožení svilušek. Hlubší poznání tritrofických vztahů ve společenstvech transgenních porostů je na samém začátku. V laboratorních pokusech byly např. zjištěny negativní vlivy Bt-toxinu nebo GNA lektinu (původem ze sněženky Galanthus nivalis) na přežívání či plodnost predátorů – zlatoočky Chrysopa carnea a slunéčka Adalia bipunctata (viz Vesmír 79, 487, 2000/9).

Rezistence
S masovým pěstováním transgenních kultivarů odolných vůči hmyzím škůdcům souvisí i další problém: selekce rezistentních populací cílových škůdců. S tímto rizikem počítají jak entomologové, poučení zkušenostmi při používání chemických pesticidů, tak producenti transgenního osiva, kteří si kladou za cíl udržet Bt-kukuřici na trhu příštích 15 let. Souhlas se zavedením Bt-transgenní kukuřice v USA označovali někteří odborníci za předčasný. Jednak proto, že není k dispozici vyzkoušená účinná strategie, která by zabránila rychlé selekci rezistence, a tím i znehodnocení vkladu vloženého do vývoje transgenního osiva, a dále proto, že předpokládaný vznik rezistence k Bt-toxinu vyřadí z používání dosud nejúspěšnější biotické insekticidy na bázi Bacillus thuringiensis. Tyto přípravky jsou jedinými použitelnými insekticidy proti zavíječi v programech ekologického zemědělství. Používají se cíleně, tedy podle aktuálního výskytu, někdy jen proti části populace. Transgenní rostlina trvale obsahuje ve svých tkáních částečně aktivovaný bílkovinný Bt-toxin. O zásahu proti škůdci se rozhoduje preventivně, již vysetím transgenního kultivaru. Rozdíl v riziku, že bude při opakovaném použití transgenního osiva, např. Bt-kukuřice, a při cíleném použití biotického insekticidu na bázi B. thuringiensis selektována rezistence cílového škůdce, je nabíledni. S ohledem na to, co se ví o selekci rezistence a faktorech, které ji ovlivňují (viz text v rámečku), neznám „řadu důvodů“ a nesdílím naději, že „transgenní rostliny na bázi Bt dosáhnou tak dlouhé (padesátileté) tradice jako insekticidy na bázi Bt“ (Vesmír 79, 487, 2000/9).

Již za dva roky od osetí prvních ploch Bt-kukuřicí v USA vyšla rozsáhlá kritická studie věnovaná rezistenci škůdců. F. Gould zavedl pro geneticky manipulované odolné odrůdy termín transgenní insekticidní kultivary, a tím naznačil, jak vnímá paralelu v účincích a rizikách mezi syntetickými insekticidy a transgenními rostlinami vybavenými toxinem. Rezistence vůči Bt-toxinům byla poprvé v polních podmínkách zjištěna u zápředníčka polního (Plutella xylostellla), což nijak nepřekvapuje, neboť zápředníček, škodící na křížatých rostlinách, stihne tři generace za rok. Vysoká, stonásobná až tisícinásobná rezistence k Bt-toxinům byla zjištěna i u dalších motýlů, např. u zavíječe paprikového (Plodia interpunctella), který je škůdcem zásob, a u můry Heliothis virescens, významného škůdce bavlny. P. C. Bolin se spolupracovníky vyselektoval rezistentní kmen zavíječe kukuřičného a prokázal, že u Bt-kukuřice skutečně hrozí selhání odolnosti. Entomologové a ani střízlivě uvažující producenti transgenního osiva nepočítají s tím, že Bt-kukuřice bude odolná „navěky“, a hledají cesty jak vznik rezistence alespoň oddálit. Americká agentura pro ochranu životního prostředí EPA spolu s producenty osiva předepisuje, aby vedle ploch osetých Bt-kukuřicí zůstával určitý podíl ploch osetých netransgenním osivem. Předmětem diskuse je, jak mají být tato refugia velká, aby zajistila existenci neselektovaného citlivého genotypu škůdce, který by se kontinuálně křížil s částí populace vystavené selekčnímu tlaku. Ve hře jsou i další strategie, které ovšem souvisejí až s dalšími pokroky ve vývoji transgenních kultivarů. Uvažuje se o umístění toxinu do tkání přednostně napadaných škůdcem, např. o genetické manipulaci chloroplastů (řešení výhodné i s ohledem na ochranu necílových druhů). Další možnou strategií je současné uplatnění různých mechanizmů účinku více genů působících najednou, např. v kombinaci přirozeně odolných a geneticky modifikovaných kultivarů. Nejblíže realizaci je transgen produkující vysoké dávky toxinu, což úzce souvisí se strategií refugií. Očekává se, že na plochách osetých vysoce účinnými Bt-kultivary kukuřice bude přežívat jen malá část populace, takže se posílí vliv přikřížení neodolných jedinců z refugií. Jaký selekční tlak – zda vysoký, či nízký – je výhodný pro oddálení rezistence a zachování trvalejší rovnováhy mezi škůdcem a jeho antagonisty, je pod zorným úhlem strategie IPM (Integrated Pest Management) jednou z nejdůležitějších otázek.

Literatura

Bolin P. C. et al.: Long-term selection for resistance to Bacillus thuringiensis CrylAc endotoxin in a Minnesota population of European corn borer (Lepidoptera: Crambidae), J. Econ. Entomol. 92, 1021–1030, 1999
Gould F.: Sustainability of transgenic insecticidal cultivars: Integrating pest genetics and ecology, Ann. Rev. Entomol. 43, 701–726, 1998
Hunter M. D.: Between hyperbole and hysteria. Entomological issues and the deployment of transgenic plants. Agricult. and Forest Entomol. 2, 77–84, 2000
XXI-Intern. Congr. Entomol., Abstr. Book I, II, 2000
Schuler T. H.: The impact of insect resistant GM crops on population of natural enemies. Antenna 24, 59–65, 2000
Woiwod I.: Farm-scale trials for studying the effects of GM herbicide-tolerant crops on farmland diversity in the UK, Antenna 24, 66–68, 2000

Poznámky

1) Aféra se týkala sporných, nevhodně interpretovaných dat o působení transgenních brambor podávaných v potravě pokusným potkanům.

FAKTORY PODMIŇUJÍCÍ SELEKCI REZISTENCE

GENETICKÉ: frekvence R-alel v populaci, počet R-alel, dominance R-alel, penetrace (pronikavost uplatnění genotypu v populaci), expresivita, interakce R-alel, změny genomu v důsledku předchozí selekce, stupeň interakce R-alel s faktory fitness v genomu.

BIOLOGICKÉ

  • Biotické: počet generací, množivost, způsob reprodukce.

  • Podmíněné chováním: izolovanost populací, potravní specializace, refugia (místa, kde se zachovala původní populace).

OPERAČNÍ

  • Vlastnosti pesticidu: chemická podstata, vztah k dříve používaným pesticidům, přetrvávání v rostlině.

  • Způsob aplikace: práh nasazení, selekční tlak, vývojové stadium cílového škůdce, prostorové vymezení, alternativní selekce vlivy na frekvenci mutací.

Zavíječ kukuřičný (Ostrinia nubilalis) je polyfág - uvádí se přes 200 druhů rostlin, na nichž se jeho larvy mohou vyvíjet. Některé z jeho hostitelských rostlin jsou "nevýznamné", nebo dokonce plevelné, housenky se však vyvíjejí i na řadě kulturních rostlin (konopí, prosu, čiroku, slunečnici, chmelu). Jednotlivé populace jsou více či méně přizpůsobeny hostitelské rostlině, bezpochyby však mohou přecházet (např. z plevelů na kulturní rostliny). Ohromnou šanci získal zavíječ kukuřičný poté, co v Evropě zdomácněla kukuřice, původně americká plodina, a poté, co se dostal do Ameriky. Rozsáhlé lány kukuřice v USA mu poskytly možnost k expanzi. V Americe dostal také své obecné jméno European Corn Borer (podobně jako americká mandelinka bramborová byla kdysi v Evropě nazývána "americký brouk").

Obaleč jablečný (Cydia pomonella) patří k nejznámějším hmyzím škůdcům všude, kde se pěstují jabloně. Napadá jablka, hrušky, kdoule, místy i meruňky a ořechy. Je nesmírně přizpůsobivý. Pokud se proti němu účinně nezasáhne, může zničit téměř celou sklizeň. Zejména si vybírá rané a sladkoplodé odrůdy (Stark Earlies, James Grieve, Lord Lambourne, Champion, Rubín). Vytváří množství lokálních populací přizpůsobených podmínkám jednotlivých regionů a biotopů a také převládajícím systémům ochrany. Pod trvalejším vlivem chemických zásahů se selektují rezistentní populace. V teplejších oblastech (u nás s nadmořskou výškou do 250 m) vytváří dvě generace do roka. Housenky přezimují v úkrytech na kmenech ve štěrbinách borky a motýli první (přezimující) generace vylétají koncem dubna až začátkem května. (O zavíječi kukuřičném a obaleči jablečném v souvislosti s geneticky modifikovanou kukuřicí a transgenními jabloněmi podrobněji v pokračování "Geneticky modifikovaných organizmů" v některém z příštích čísel Vesmíru.)

Soubory

Článek ve formátu PDF: 2002_V636-641.pdf (275 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky