Přejít na hlavní obsah

Říha: Rostliny měníme už tisíce let. Dnes jen přesněji

Nastala zlatá éra biologie, tvrdí Karel Říha z institutu CEITEC Masarykovy univerzity.

Evropští vědci, kteří se věnují genetice rostlin, mají ale podle Říhy trochu smůlu, protože instituce Evropské unie hledí přísněji na editování genů než řada zemí mimo unii. Je potřeba obnovit racionální debatu, aby evropské vědě neujel vlak, říká v rozhovoru.

Karel Říha (1972)

Když se dnes mluví o genetice, laika napadne hlavně genetika člověka, manipulace s lidskou DNA, případně léčba rakoviny nebo nějakých genetických nemocí. Vy se ovšem věnuje genetice rostlin. Kacířsky se zeptám: V čem je vlastně zajímavá?
Na genetice rostlin stály a padaly civilizace, její výsledky vidíte všude kolem sebe v každé zahrádce. Je to vlastně docela stará disciplína. Naopak genetické manipulace v souvislosti s člověkem jsou poměrně nová a svým způsobem i okrajová věc. Samozřejmě je to velice populární, má to využití v diagnostice a uvažuje se o tom, že by se daly léčit i některé genetické nemoci. S genetikou rostlin ale lidstvo pracuje už tisíce let a vlastně na denní bázi. Stačí se podívat na prapředky dnešních rostlin a pak na to, co sklízíte na své zahradě za domem. To je všechno genetika rostlin. Ostatně genetika jako vědní obor byla na rostlinách objevena, Gregor Johann Mendel popsal její zákonitosti na pokusech s hrachem.

Jsou rostliny jednodušší než lidé?
Genom ječmene má stejně nebo dokonce víc genů než lidský genom. A smrky mají genom skoro desetinásobně větší. Nedá se ale říct, jestli jsou rostliny jednodušší nebo složitější než lidé, jsou prostě jiné. Rostliny přistupují k životu úplně jinak než živočichové, musí se naučit žít tam, kde vyrostou. Nemohou někam utéct před deštěm nebo čímkoliv jiným. Z toho vyplývá celá jejich životní strategie, regulace organismu a stresové odpovědi. A tím asi odpovídám i na to, čím je to zajímavé.

Když mluvíte o tisíce let praktikované genetice rostlin, máte na mysli šlechtění?
Šlechtění je genetika – provádíte u rostliny výběr znaků, které vám nejvíc vyhovují a ty potom křížením kombinujete s jinými znaky. Když s tím člověk začal, bylo to tak, že vzal rostliny (a také zvířata), které měly požadované vlastnosti a chtě nechtě začal jejich řízeným pěstováním a křížením měnit směr jejich evoluce. Ta funguje na principu, že přežije druh, který se dokáže nejlépe přizpůsobit a množit v daném prostředí, a jeho vlastnosti tak přecházejí do genofondu potomků. Lidé tento základní princip začali měnit tím, že pro další generace začali vybírat to, co vyhovovalo jejich představám, a ne nezbytně to, co by bylo úspěšné z pohledu evoluce. Děláme to už od počátku zemědělství, tedy desetitisíce let.

Ovšem v posledních dekádách nebo spíš letech to umíme dělat cíleněji a rychleji.
Přístupů je několik. První byly markery. Před asi 30 lety jsme začali poznávat genom a asociovat určité znaky rostlin – třeba s resistencí vůči plísním – s genetickými znaky. To nám umožnilo přesnější šlechtění, protože jsme najednou mohli přímo kombinovat ty části chromozomů, které kódovaly potřebné vlastnosti.

Dalším krokem byly genetické modifikace využívající principů transgenoze, tedy přenášení genů i mezi organismy, které nejde normálně křížit. Jednoduše řečeno můžeme vzít gen třeba z nějaké bakterie a vložit ho do rostliny. Tyto přístupy jsou ale podřízeny velice přísné regulaci a v Evropě se geneticky modifikované rostliny či živočichové v zemědělství téměř neuplatňují.

A teď vstupujeme do éry editování genů.
Do éry řízené mutageneze neboli editování genů už jsme před lety vstoupili, bohužel nás v Evropě trochu brzdí politika. Je to velice mocná metoda, která umožňuje přesné změny v genomu, a má potenciál velmi rychle v horizontu několika let dostávat výsledky z laboratoří do praxe. Dopad na celou oblast biotechnologií, zemědělství a biomedicíny je neuvěřitelný.

Říkáte, že vás brzdí politika. V čem je problém?
Soudní dvůr Evropské unie řekl, že plodiny vytvořené touto metodou spadají do zmíněné kategorie GMO – čili geneticky modifikované organismy. Jak jsem říkal, je to poměrně problematická kategorie, která svazuje ruce v přenosu do praxe, a brzdí tím pádem i potenciální investice. Podle širokého názoru vědecké komunity přitom takové zaškatulkování nedává smysl. Editací genů totiž nevnášíte do organismu cizorodé geny. Je to vlastně jen efektivnější a přesnější šlechtění, které umožňuje cílenými mutacemi dotvářet požadované vlastnosti. Něco, co jinými méně přesnými metodami děláme už od nepaměti. Je to mnohem přesnější a šetrnější metoda než třeba ozařování rostlin či chemická mutageneze, kterými se v genomu rostlin vytvářejí desetitisíce náhodných mutací v naději, že tam vznikne něco, co se nám bude hodit. A přitom tyto přístupy status GMO nemají a ve šlechtitelství se používají desítky let.

V debatách na toto téma se ale často objevují argumenty o nepřirozenosti těchto zásahů. Jak vy to vnímáte?
To je na obrovskou diskusi. Jak vůbec chcete definovat, co je přirozené? Když posuzujete lidskou činnost, kde začíná a kde končí přirozenost? Je přirozené to, co lidstvo začalo dělat před desítkami tisíc let na prvních polích? Vadí nám to?

Vezměte si takovýto případ: V přírodě bude přirozeně existovat mutace, která zvyšuje rezistenci vůči padlí, což je houbové onemocnění rostlin. A teď: Vy chcete tento znak vnést do již vyšlechtěného superkultivaru rajčete. To je ale už úplně jiná rostlina, než prapůvodní rostliny rajčete někde z Mexika a klasické křížení může být značně problematické. S novými metodami na editování genomu jsme schopni v jednom jediném kroku udělat přesně tuhle změnu na odolnost vůči padlí, aniž bychom ztráceli čas dlouhodobým šlechtěním, při kterém se pomíchá kde co. A to je teď podle rozhodnutí Soudního dvora Evropské unie v praxi téměř nemožné.

Znamená to, že s tím nemůžete za zdi laboratoří?
Můžeme, ale je to velmi náročné. Pokud máte těmito metodami udělaný kultivar rostliny a chcete ho dostat na trh, může se to stát podobně nákladné jako třeba vývoj nového léku. Bavíme se o stovkách milionů korun, což si mohou dovolit jen velké nadnárodní koncerny. Regulace tak v podstatě zabíjí jakoukoliv iniciativu na střední a nižší podnikatelské úrovni. Spin-offy, start-upy, malé šlechtitelské firmy, které by mohly pracovat na lokálních rostlinách, na takové investice prostě nedosáhnou. V Americe, Číně, Austrálii nebo v Japonsku ovšem tak přísní nejsou, tuto technologii takto neregulují a samozřejmě je jen otázkou času, kdy se takto vytvořené produkty dostanou na náš trh, aniž bychom to byli schopní poznat. Je to totiž prakticky nedetekovatelné, mutace tohoto typu nijak nerozeznáte od těch přirozených. Výsledkem tedy bude jenom to, že vývoj a rozšiřování know-how bude probíhat mimo Evropu a z nás se stanou jen konzumenti.

Zníte dost přesvědčeně. Nejsou na místě vůbec žádné obavy třeba z etických důvodů?
I nožem můžete naporcovat steak stejně jako zabít člověka. Je to nástroj, se kterým se dají dělat skvělé, ale taky hrozné věci. S editováním genů je to stejné. Nemůžete říct, že všechno, co uděláte tímto nástrojem je problematické. To se stáváte obětí mediální zkratky, kde se většinou mluví jen o tom špatném. Když někdo řekne, že chce stvořit supervirus, který zabije všechny komáry, je to přece něco úplně jiného, než pracovat s posílením rezistence zemědělské rostliny proti plísni. Vědci neříkají, pojďme otevřít stavidla a dělat cokoliv, jen chtějí racionálně debatovat o nastavování hranic. Bohužel rozhodnutí Soudního dvora Evropské unie působí dojmem, že jde spíš o emocionální rozhodnutí.

Kde je pro vás osobně v oblasti rostlin nějaká etická hranice?
V biologii jsme došli na takovou úroveň poznání, kdy už pomalu dokážeme tvarovat živou hmotu ne tak, jak nám to nadiktovala evoluce, ale tak, jak sami chceme. Otevírají se tím obrovské možnosti, protože živá hmota je nesmírně tvárná – de facto opanovala i ta nejextrémnější prostředí na naší planetě. Například přečtením genomu rostliny koka dostaneme návod, jak vzniká alkaloid kokain, a od toho je jen malý krůček k výrobě kokainu třeba v kvasinkách, což umožní produkci této drogy v garáži kdekoliv na světě.

Na druhou stranu je možné vytvořit rostliny obsahující vitamíny, které mohou ochránit zdraví miliónů dětí. To je třeba případ zlaté rýže, která může vyřešit deficity vitamínu A v rozvojových zemích. Toto bychom měli posuzovat a tady jsou ty etické hranice, od kterých by se měla odvíjet diskuse. Řešme konkrétní produkty a ne paušálně technologie, kterými byly tyto produkty získány.

Zní to jako pro vědce ohromně zajímavá doba.
Velmi se nám teď zkracuje doba mezi základním výzkumem a aplikací. Metoda editování genů byla popsána v roce 2012 a první editované odrůdy už jsou na polích. Ještě před několika lety byla doba modelových organismů, na dvou třech květinách jsme si osahávali principy fungování rostlin, vědecká komunita nic jiného neznala, přenos do praxe byl velmi omezený. Teď máme superrychlé sekvenátory a editování genomu, což jsou nástroje, které nám umožňují relativně rychle tyto vědomosti nabyté v modelových rostlinách přenášet na zemědělské plodiny.

Můžu si to tedy představit tak, že objevíte nějaký gen, který umí třeba zesílit odolnost vůči suchu, a pak přijde někdo z praxe, kdo díky tomu nasadí na pole efektivnější rostlinu?
To by samozřejmě bylo krásné, ale člověk to dnes musí dotáhnout co nejdál. Je naivní myslet si, že objevíte nějaký gen, podáte si patent a budete čekat, že někdo přijde a koupí ho, aby vylepšil kukuřici. Vy musíte udělat spousty dalších kroků. My tyto krok udělat můžeme. Vyžaduje to ale práci na konkrétních v praxi použitelných rostlinách a legislativní zjednodušení celého procesu. Když budeme dělat pokusy na modelovém huseníčku, bude to zajímat maximálně vědeckou komunitu. Když to uděláme u kukuřice, tak v ten moment je to zajímavé pro firmy.

Cítíte se víc doma v základním nebo v aplikovaném výzkumu?
Obecně si myslím, že nemá moc smysl rozlišovat mezi základním a aplikovaným výzkumem. Ve skutečnosti je jenom dobrý a špatný výzkum. Teď máme třeba zajímavé objevy ohledně molekulárního mechanismu, který se podílí na odbourávání špatných RNA. Řekl byste krásný základní výzkumu, ono se ale ukázalo, že tento mechanismus reguluje expresi imunitních genů rostlin, a když ho změníme, dostáváme rostliny, které jsou superrezistentní k infekcím. Pomocí editování to teď můžeme ověřit třeba u kukuřice a odtud je jenom krůček k aplikacím. Mezi základním a aplikovaným výzkumem je tedy tenká hranice, taková šedá zóna, do které teď můžeme díky technologickému pokroku úspěšně pronikat.

Velké téma, které hýbe společností, je klimatická změna, s čímž úzce souvisí i udržitelné zemědělství. Přemýšlíte jako biolog při designování svého výzkumu v těchto kategoriích?
Je to pro naši práci určitě velká motivace a člověk to v hlavě má. Nejsme slepí vůči tomu, co se děje se světem kolem nás, ale těžko můžete ke své práci přistoupit tak, že vyřešíte problémy lidstva. Na to jsou to příliš komplexní problémy a vy máte v ruce jen malé dílky skládačky.

Ale ano, máme v institutu CEITEC skupiny, které se třeba zabývají znaky rostlin, jež souvisejí s odolností vůči teplotám. Začínáme teď do hloubky dokonce zkoumat znak, který by mohl být zajímavý pro produkci semen za zvýšených teplot. Není to ale IT byznys, kde se můžete s dobrým nápadem a vývojem aplikace během pár měsíců ocitnout v mobilech lidí po celém světě. Dobrý nápad v biologii nebo biomedicíně může znamenat drobný pokrok v zemědělství nebo v terapii nějaké nemoci za mnoho let. Má to ale obrovský potenciál skutečně měnit svět, ať už se bavíme o medicíně nebo výživě lidstva.

Cesta však není jednoduchá, stojí to velké peníze a návratnost investice je nejistá. Můžete roky nad něčím zajímavým bádat a výsledkem může být „jen“ to, že zjistíte, že tudy cesta nevede a jde to všechno do koše. I tohle je součástí velké skládačky a díky tomu se biomedicína a biologie za posledních 20 let nepředstavitelně posunula. Není to výsledkem práce jednoho vědce s geniálním nápadem, ale drobnými tu většími tu menšími příspěvky statisíců výzkumníků po celém světě.

Máte jako vědec nějakou konkrétní ambici, nějaký cíl ve střednědobém horizontu? Nebo spíš sbíráte tyto střípky?
Většina vědců dělá vědu pro potěšení z posunování hranic poznání. Vyřešíte nějaký problém, ale nikdy ho nevyřešíte úplně, protože se objeví nějaký nový. Ale ano, většinou máte nějakou otázku a nějakou strategii, kterou třeba pět deset let držíte a jdete si za ní. Přitom řešíte různou administrativu, infrastrukturu, často si musíte vyvinout vlastní novou metodologií, získáváte dílčí granty, z nich dílčí publikace a tak dále, ale je tam pořád před vámi na horizontu něco většího. Někdy se také musíte tvářit, že děláte něco jiného, protože na něco takového vám nikdy nikdo peníze nedá, schováváte to pod jiné menší uvěřitelnější a kratší projekty a čekáte na správný okamžik. Nesmíte si to ale představovat jako vyřešení nějakého problému lidstva. Aspoň v našem oboru to bude spíš odhalení principu nějakého mechanismu ve fungování rostlin.

To jste mi ale řekl spíš obecně. Co je ten váš horizont?
Když jsem pracoval ve Vídni v Institutu Gregora Mendela, byly tam hlavní vědeckou náplní struktura telomer a konce chromozomů. Pozorovali jsme při tom fenomén, který měl co do činění s diferenciací pohlavních buněk, meiózou a segregací chromozomů. Už v té době jsem si říkal, že bych chtěl pochopit, co se tam přesně děje, a když jsem pak přešel do Brna na CEITEC, byla to šance se na to vrhnout a postavit si větší výzkumný program, který by nás a vůbec celou vědeckou komunitu posunul o kus dál.

V čem je to tak zásadní?
Meiózou vzniká genetický základ nového jedince. Je ohromně zajímavá, protože při ní musí dojít k redukci počtu chromozomů na polovinu, a současně se musí smíchat genetická informace z otce a matky. Vzniká tak unikátní kombinace pro základ nového života, což je samozřejmě důležité třeba pro šlechtění. Děje se to jen v pohlavních buňkách a je to pořád tak trochu záhada. A my jsme si řekli, že ji chceme celou natočit, udělat prostě film ukazující na molekulární úrovni meiózu rostlin. Ono se to sleduje třeba u malých červů, které strčíte pod mikroskop a celé je prosvítíte a nějakých těch jejich 600 buněk, které tvoří celé tělo, můžete krásně sledovat. U rostlin to takhle snadno nejde. Celý květ pod mikroskop jen tak nedáte a izolovaně to sledovat není možné. Bylo tedy potřeba postavit novou technologii a zdá se, že nám se to povedlo. Jde skutečně o světově unikátní věc, kterou teď máme v publikačním procesu. Ale o tom si můžeme promluvit příště.

Hlavní novinky