Zcela vlevo je klas rýže Oriza sativa L.cv. Zhonghua11, která se vyznačuje nízkým vzrůstem a krátkými obilkami. Je rostlinou snášející suché podnebí východní Asie a je základem nespočtu vyšlechtěných radiačních mutantů. Tři další klasy náleží GOC variantám. Už na první pohled je patrné, že jsou větší a na zrna bohatší. Kredit: Bo-Ran-Shen State Key Laboratory for Conservation, South China Agricultural University, Guangzhou

Většina z nás zná jen rýži a pak ještě tu předvařenou. Gurmáni navíc tu vonící po květinách (jasmínovou) a basmati. Celkem prý ale na světě je až osm set druhů rýže. V roce  2000 k nim přibyla rýže „zlatá“, která umí tvořit betakaroten. Předpředevčírem k nim přibyla geneticky modifikovaná „GOC rýže“.  I když to na českém jídelníčku tak nevypadá, rýže je hlavním zdrojem potravy pro více než polovinu světové populace. Hlavně jde o země s nejvyšší porodností i chudobou. Uvědomují si to i politici a tak není divu, že na zkoumání této rostliny jde hodně prostředků a že rýže byla jednou z prvních rostlin, u níž se přikročilo ke čtení genomu. Ten byl znám už v roce 2001 a optimisté předpokládali, že když známe genom, že bude už snadné s ním manipulovat a přičarovat zeleným stvořením delší kořeny, kterými dosáhne hlouběji pro vodu, a listy budou mít jako  lopaty a v zrnkách budou látky, které budou víc vyhovovat našim potřebám.

Jenže

Kromě genomu existuje také to, čemu se říká proteom. Je to soubor proteinů, které rostlina podle svého genomu produkuje. Pokud bychom se narodili jako kvasinky, nebo bakterie, tedy jako prokaryota, bylo by to s naším vylepšováním jednoduché a zcela v duchu rčení: „co v srdci, to na jazyku“. Z genů „primitivních stvoření“ lze snadno odvodit jejich produkt.  A naopak, z produktu lze vyčíst, co mají v genomu. Žel rostliny spolu s námi živočichy, jsou takzvaná eukaryota a u těch je to s upřímností poněkud na levačku. Tak třeba z toho, co máme zapsáno v DNA, nejde vyčíst, co uděláme (rozuměj budeme syntetizovat) a naopak - podle toho, čím se prezentujeme, nelze určit, jací v jádře jsme. A protože máme na mysli jádro buněčné, pověnujeme se nyní ošklivě znějícímu termínu splicing.

Splicing (česky sestřh) je velký zádrhel, neboť je takzvaně alternativní. Znamená to, že z jednoho genu může vznikat více proteinů. Po přepisu DNA, která je v jádře buňky a toto své velitelství opouští jako informace zapsaná do RNA (primární transkript),který dojde úprav. Vystříhají se z něj nekódující úseky a  výsledkem je několik RNA vytvořených jedním genem a podle nich mohou být syntetizovány (a také bývají) různé izoformy daného proteinu. Vědci se zatím nemohou shodnout, jaký podíl genů u toho kterého organismu podstupuje alternativní splicing. U nás lidí se hovoří o 40 až 80 procentech a u rostlin to může být podobné. Rekord v tomto směru drží (zatím) gen „Dscam“ z oblíbeného genetického modelu – octomilky. Má 38 016 sestřihových variant (ne, není to šotek). Proč to zmiňujeme? Inu proto, abychom si uvědomili, že ke šlechtění plodin vede několik cest. Některé jsou schůdné a jiné toho zatím moc nenabízí.

Čínské pokusy s geneticky modifikovanou rýží probíhaly na pokusném políčku Zemědělské university v Guangzhou. Nikdo tam rostlinky nevytrhal ani laboratoř nepodpálil, a tak se s výsledky pokusu můžeme seznámit v lednovém čísle časopisu Molecular Plant. Ti, kteří ovládají čínštinu, se mohli na stránkách University s výsledky seznámit s předstihem.

V uplynulém týdnu byly publikovány dvě vědecké práce ke šlechtění rýže. Obě od týmů, které jsou ve svém oboru světovou špičkou. V jedné z prací mezinárodní tým z Austrálie, Íránu a Japonska zkazil radost těm, kteří  chtějí šlechtit klasicky selekcí na podkladě dat vyčtených z genomu. Podle těch by rýže měla tvořit zhruba 35 tisíc proteinů. Z uvedeného množství se jich zatím ve všech laboratořích světa, nepodařilo experimentálně potvrdit plných 82 procent. Nekorektně přeloženo do lidštiny: o produkci vlastních proteinů rýží víme houby. Týmu Paula Haynese z Macquarie University proto nezbylo nic jiného, než vyzvat odborný svět, aby po vzoru „Human Proteome“, což je projekt mapující všechny proteiny kódované lidským genomem (který by nás měl posunout v diagnostice a léčbě našich onemocnění), k podobnému mapování proteomu přikročil také u rýže. V tomto případě by cílem nebyla léčba, ale s pomocí znalosti geomu manipulovat s růstem a produkcí, aby více vyhovovaly našim potřebám.

Jen pro pořádek, je dobré mít na paměti, že tu jde o něco jiného, než bylo čtení genomu v jádře buňky. Tentokrát jde primárně o produkty genů, tedy o buňku celou a vše, co se v ní a na jejím povrchu, byť třeba jen v určité fázi a po krátkou dobu, mihne. Slovy válečného stratéga, ve znalostech proteomu ani zdaleka nejsme blízko konce poznání, nejsme ani na začátku konce. Maximálně tak na konci začátku. Nikdo se totiž do čtení proteomu moc nehrne. Je to finančně nákladné a okamžitý efekt i sláva z toho plynoucí jsou více než nejisté.

Zcela vlevo neupravená rýže Oriza sativa L.cv. Zhonghua11. Vpravo jsou její GOC „mutanti“. I zde je patrné, že jim modifikace na radostech života neubrala. Jsou zelenější, jejich listy širší a více oddenků dělá rostliny „košatější“. Kredit: Bo-Ran-Shen State Key Laboratory for Conservation, South China Agricultural University, Guangzhou

Naštěstí netřeba být vševědoucí a i se stávajícími znalostmi se dají dělat zázraky. O jednom takovém z Ameriky jsme psali v článku Fotorespirační mutanti (zde). Šlo v něm o vylepšení cyklu, který má většina rostlin, i když se evoluci zrovna moc nepovedl. Jak se nyní ukázalo, tak na stejnou oblast se zaměřili i čínští vědci. Jen s tím rozdílem, že neplýtvali penězi daňových poplatníků na vylepšování tabáku, ale pustili se do rýže. Tomu, co jí provedli, říkají „GOC bypass“. Biochemicky jde o vybudování několika  enzymatických metabolických drah v chloroplastu, což se provádí indoktrinací několika kousků DNA a  informací v podobě genů (trasgenóza). Jakmile se vnesené geny zabudují do  DNA rostliny, „přesvědčí“ buňky, aby opustily energeticky nerentabilní zdlouhavé odbourávání glykolátu přes   peroisomy a mitochonrie, ale aby s jedovatým produktem fotosyntézy glykolátem, provedly krátký proces hned v místech, kde vzniká (v chloroplastech).

Čínská kuchařka

Připrav si plazmid, nejlépe virulentní v Agrobacterium tumefaciens. Vraž do něj tři geny. Jeden pro tvorbu enzymu PGLP, fosfoglykolát fosfatázu; druhý pro GLO, glykolát oxidázu isoformu 3; a třetí pro CAT, katalázu. Lehkou agrobakteriální infekcí plazmidy propasíruj do rýže  - buněk získaných z vrcholových pupenů a chovaných v kultuře. Z nich pak vypiplej celé rostlinky, odnes je na pole, měř, važ a zapisuj.

V případě čínské modifikované „GOC rýže“ se čínským molekulárním mágům podařilo utlumit fotorespiraci. Jejich rostliny už nepřevádí metabolit z choroplastu krkolomně do dalších a dalších organel, aby se pak v pozměněné formě vracel zpět do chlorolastu. Implantací potřebných genů se vše potřebné řeší na jednom místě a naráz. Hospodyňky by řekly z jedné vody na čisto, což i buňkám šetří čas a peníze. Respektive vylepšuje jim to schopnost využívat a akumulovat dusíkaté látky a zvyšuje produkci biomasy.

Čínští vědci u své GOC rýže eliminovali zbytečnou „objížďku“, která snižuje výkonnost fotosyntézy a zvyšuje tím rostlině její výnosový potenciál. Čínské schéma jakoby z oka vypadlo tomu z University of Illinois. Je z něj patrné, že oba tými pracovaly stejnou metodou. Kredit: Shen, et al. Molecular Plant, 2019.

Největší profit modifikace přináší rostlinám setým zjara. Už na startu mají zdravější barvu (jsou zelenější) a později i větší. Ne, že by se krátkostébelnatá pšenice začala vytahovat, zvětšuje se do šířky. Listy mají větší plochu a rostlina si může dovolit mít více oddenků. V případě jarního setí mají vylepšené rostliny nad svými vrstevnicemi navrch. Produkují více zelené hmoty a v jejich klasech je o 10 – 30 % více zrn. Zrna jsou přitom stejně velká, jako ta od rostlin v kontrole.  Pravdou je, že když byly upravené rostliny vysety napodzim, tak jim to moc nesvědčilo a v produkci za neupravenými kolegyněmi mírně zaostávaly. Ale i v tomto případě ve svých tkáních tvořily vyšší obsah glukózy, fruktózy a sacharózy, což v případě, že by byla plodina určena ke krmení, není k zahození. Když to zjednodušíme, ta čínská geneticky modifikovaná rýže jako jařina = už teď palec nahoru, jako ozim ještě ne.

Pohledem biochemiků se jedná o odklonění metabolismu CO2 od fotorecepce směrem fotosyntéze a přeměnu molekuly glykolátu na CO2 za použití tří enzymů. Číňané svůj šlechtitelský výpěstek nazvali GOC rýže, podle bypassu (zkratky), kterou vytvořili třemi klíčovými enzymy: glykolát oxidázy, oxalát oxidázy a katalázy (v angličtině se píše s „c“). Protože dodáním genů pro tři zmíněné enzymy se dají vylepšovat i další rostliny, Číňané navrhují označovat i je přídomkem „GOC“. Není to hloupé a nejspíš se to ujme. Aktivistům z řad zelených to dovoluje vycouvat z jejich postojů téměř se ctí.  Mohli by z vyššího principu mravního (v zájmu hladovějících) začít GOC rýži tolerovat a gloriola statečných bojovníků proti GMO, by jim u těch, kteří neví, o co jde, zůstala.

Jen o několik dnů starší „americké“ schéma fotorespirační zkratky u tabáku. I jemu zkratka v reálných podmínkách polního pokusu přičarovala až o 40 procent vyšší produkci. (podrobněji zde). Kredit: South et al., Science, Jan. 2019.

Ať už stanovisko činovníků Greenpeace bude ke GOC plodinám jakékoliv, na asijském kontinentě se rozšíří. A bude to rychlé. Čína totiž koupila společnost, která je světovým lídrem ve šlechtění obilovin a ta ve svém programu genetické modifikace má.  Koncern Syngenta, kterému aktivisté západní kultury kvůli zlaté rýži hodně „zatápěli“, je teď ve vlastnictví ChemChina.

ChemChina, nynější vlastník Syngenty a velkých zkušeností s přípravou GM rostlin.

Možná je dobře, že nynější GOC rýže vznikla v Číně. Tak daleko ruka aktivistů Greenpeace nesahá a třeba teď GOC rýži nestihne osud, jaký demagogické spolky připravily zrnu zlatému. Ostatně, šance na uplatnění v praxi teď s GOC rýží o něco vzrostly i jí. V ideálním světě by zlatá rýže mohla lidským stvořením z nuzných poměrů zachraňovat zrak (počet dětí ohrožených nedostatkem vitamínu A se stále odhaduje na čtvrt až půl milionu) a GOC rýže zase plnit žaludky, aby se ve světě neumíralo hladem.

Závěr

Revolucím se dávají přívlastky. Té nynější, jíž jsme v zemědělství svědky, by slušelo „GM revoluce". Nejnovější počin v potlačení fotorespirace a její nahrazení jinou enzymatickou kaskádou, zvyšující  koncentraci buněčného CO2 poblíž enzymu rubisco, je jen začátek. I ten už je ale impozantní: zvýšení výkonnosti  fotosyntézy o 15 % až 22 % a výnosu o 7 až 27 %. Čínští vědci, z jejichž publikace čerpal tento článek, prozradili, že už pracují na GOC bramborách.

Dovětek

Víte že: V Koreji pozvání ke stolu zní „kin khao“ neboli „přijď na rýži“?

První geneticky modifikovanou rýži vytvořily evropské týmy, Švýcara Ingo Potrykuse z Technical University v Zurichu a Němce Petera  Beyerema z univerzity ve Freiburgu. Bylo to na popud  UNESCO a Světové zdravotnické organizace a jejich černé můry - hlad a deficience A vitamínu. Nedostatek „áčka“ je mezi nejchudšími z chudých stále častou záležitostí. Dospělým plíživě navozuje  šeroslepost ale i spoustu dalšího následkem snížené imunity. Nejhůře na tom jsou těhotné ženy a děti.

Smutná realita slepoty otevřela kohout Rockefellerovy nadace, projekt spolykal miliony dolarů a výsledkem byla rýže, jejíž zrna jsou  žlutá, zbarvena betakarotenem a měla ulehčit situaci těm, kteří nemají ani na maso a ryby. Rostlinu k tvorbě provitamínu přesvědčili vložením několika cizích genů. Jeden se jménem „psy“ (gen pro enzym fytoen syntázu) pocházel z narcisu.  Další z genů ( pro enzym zajišťující tvorbu lykopenu) si vědci vzali z půdní bakterie  Pantoea ananatis. Do rýže vnášený konstrukt ještě doplnili o sekvenci z podjednotky „enzymu“ Rubisco. Tuto "součástku" si vzali od hrachu. Pak už zbývalo dodat geny pro karoten desaturázu a lykopen beta cyklázu (oba z již osvědčeného narcisu) a zjednat doručovatele. Role pošťáka se zhostil vždy ochotný agrobakter. Projekt trval deset let, ale rýže, která umí nasytit a přitom léčí, se podařila.

Víte že: Rýže se v mnoha zemích hází na novomanžele, je symbolem plodnosti.

K dokonalosti rýži přece jen něco chybělo. Tvořila provitamínu A poměrně málo (1,6 mikrogramu/gram zrnek) a na pokrytí veškeré nutriční potřeby to nestačilo. Nicméně když se laškuje se slepotou, nebo rakovinou, často i málo rozhoduje na jaké straně červené linky se člověk ocitne. To ale pro zelené aktivisty nebyl dost pádný argument. Nejspíš si uvědomili, že rýže by se mohla pro jejich politiku stát jakýmsi trojským koněm, který by otevřel bránu dalším modifikovaným plodinám (Bt-kukuřici, jahodám, jejichž květy hned tak nezmrznou, modifikované sóji,…), čímž by přišli o objekt svého zviditelňování.

Přesto, že zlatou rýži nemohli spojovat s mocenskými strukturami, jako jsou výrobci glyfosátu, a šlo o čistě bohulibou, humanitární a altruistickou akci (všichni zúčastnění předem vzdali patentových práv), postoj zelených se k rýži nijak nezměnil. Spíš naopak. Ve své anti GMO kampani využili právě oné slabiny (že nepokrývá celou nutriční potřebu vitamínu), a veřejnosti to prezentovali tak, že "to ještě není to pravé" a že "čas GM rýže ještě nenadešel". Masírování společnosti halasnými akcemi s mávátky, na nichž GM plodiny jsou zrůdy usilující nám o život, vykonalo své.

Ingo Potrykus, Swiss Federal Institute of Technology (ETH), Zurich …

Mínění veřejnosti se s podivem odrazilo i v postoji vydavatelů. Duchovní otec zlaté rýže Ingo  Potrykus si pro AgBioView posteskl: „... we submitted the manuscript to Nature...editor did not even consider it worth showing the manuscript to a referee and sent it back immediately...“

Šlo o to, že poslal do časopisu článek, v němž vědci vysvětlovali, co zlatá rýže je. Poskytli v něm všechny podrobnosti jejího vzniku a vyzývali k věcné diskusi, místo demagogického zavádějícího žvanění. A co se stalo?  Editor časopisu mu poslal článek obratem zpět. Aniž by ho dal radě oponentů k posouzení, což je velice neobvyklé a dělá se to jen v případech děl totálních pošuků.  Na postoji vydavatele nic nezměnily ani dopisy s doporučením od špičkových a uznávaných evropských vědců jiných pracovišť.  Nejspíš v jednání editora hrály roli obavy z poklesu předplatitelů.

Zlatá rýže. Měla zachraňovat děti od slepoty, ale nějak se to zvrtlo. Snad se to brzo změní.

Dobrá věc se ale dlouho ututlávat nedá. I když se evropské vydavatelství ke zlaté rýži obrátilo zády, vědecké kongresy se diskusi nebránily. Po vystoupeních Potrykuse v Americe se ledy hnuly a o článek začal být zájem.  Otiskl ho jiný prestižní vědecký časopis - Science (americký).

Výzkumníci mezitím nelenili a usilovně pracovali na vylepšení své rýže. To aby k pokrytí veškeré potřeby vitamínu jí nemusel člověk sníst několik kil. Úzkým hrdlem láhve pro vyšší produkci provitamínu se ukázal být gen „psy“. Jeho línou verzi od narcisu vědci nahradili agilnějším genem z kukuřice. To už je ale jiná písnička. Píše se rok 2012 a vylepšená rýže už tvoří pětadvacetkrát více provitamínu A, než její starší sestřička. Aby se to nepletlo, tak od této chvíle je lépe hovořit o „zlaté rýži 2“, která produkuje 40 mikrogramů provitamínu na gram zrna.

...se svým kolegou Peterem  Beyerem z německé University of Freiburg jsou vůdčími osobnostmi vzniku zlaté rýže. Kredit: ETH a UF.

Jediné, co se nezměnilo, byl postoj Greenpeace. Znovu zorganizovali kampani proti GM rýži a tentokrát použili argument, že rodiče dětí (i když jen někteří), kterým v rámci pokusu  zlatou rýži dávali, nebyli dostatečně informováni a poučeni, že jde o potravinu GMO. Že to pro zlepšení jejich zdravotního stavu a ochrany zraku bylo přínosem, aktivisté zelených jaksi pominuli a díky paragrafům dosáhli rozhodnutí, že byl pokus prohlášen za neetický. Jako takový byl vydavatel povinen článek s výsledky pokusu stáhnout a výzkumníci byli potrestáni.

Teď už se zdá, že se GM rýži začíná blýskat na lepší časy. Vloni Americký úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) zlatou rýži prohlásil za bezpečnou. Tím ji schválil k prodeji (i dovozu) po celé severní Americe. Strašení aktivistů na území unie by tím mohlo pozbýt důvěryhodnosti a svůj postoj k GM plodinám mohli Američané začít postupně měnit. Je jen škoda, že svůj verdikt FDA nevydala dříve a že demagogie mohla trvat třicet let. Počet těch, kteří si myslí, že jíst geny je škodlivé, by nyní nemusel být tak velký.

Možná není od věci si připomenout jméno Richard Roberts. Na rozdíl od hvězd šoubyznysu, politiků a představitelů hnutí a spolků, není tento Angličan osobností veřejnosti známou. A nic na tom nezměnil ani rok 1993, kdy se stal nositelem Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu. Nejspíš proto, že objev  intronů v DNA a jejich funkce, nejsou zrovna mediálním trhákem. Pracuje ve výzkumném centru New England Biolabs. A proč jeho jméno zmiňujeme, protože je autorem otevřeného dopisu, kterým oslovuje vedení organizace Greenpeace, Organizaci spojených národů a vlády zemí. V dopise uvádí:

Kredit: Rosalee Yagihara from Vancouver, Canada, Wikimedia Commons.

„Žádáme organizaci Greenpeace a její příznivce, aby na základě zkušeností zemědělců a spotřebitelů po celém světě přehodnotili svůj postoj k otázce biotechnologicky upravených potravin. Aby uznali dosavadní zjištění vědeckých orgánů a regulačních agentur, a konečně už opustili svou kampaň zaměřenou proti geneticky modifikovaným organismům, zejména pak „zlaté rýži“.  Ono vlastně ani tak nejde o Richarda Robertse, jako spíš o to, že to co napsal je společný apel k němuž se připojilo 107 dalších nositelů Nobelovy ceny. Nejen formálně, ale svým podpisem a ten nositelé Nobelovek nemají důvod dávat jen tak.

To, že u nás zlatou rýži nemáme na pultech, má více důvodů. Jednak není povolena (kvůli tomu, že je GMO), ale i kdyby byla, zájem na ní nemají ani obchodní řetězce. Prodejem geneticky modifikovaných  potravin by získaly jen málo, zato by u části veřejnosti přišli o důvěru. Popravdě nás to ale trápit nemusí. Jsme na tom ekonomicky stále dobře a naše strava je natolik pestrá, že nedostatek betakarotenu není na pořadu dne a našim dětem slepota z tohoto směru nehrozí.

Evropa je ještě ve svízelnější situaci, než USA. Nesmyslnou legislativou, jdoucí na ruku anti GMO lobby, mnohým výzkumným organizacím činnost prakticky zakázala, anebo ji znepříjemnila natolik, že rozhodující část z těch nejlepších (i se svým kapitálem, pracovními příležitostmi, granty a mozkovým traktem) Evropu opustila a odešla do zámoří. Zda nyní pod vývojem ve světě svůj postoj k transgenozi a GM produktům pro lidskou výživu začne měnit i byrokratická EU, si prognózovat netroufáme.

Literatura

Bo-Ran Shen, Li-Min Wang, Xiu-Ling Lin, Zhen Yao, Hua-Wei Xu, Cheng-Hua Zhu, Hai-Yan Teng, Li-Li Cui, E.-E. Liu, Jian-Jun Zhang, Zheng-Hui He, Xin-Xiang Peng. Engineering a New Chloroplastic Photorespiratory Bypass to Increase Photosynthetic Efficiency and Productivity in Rice. Molecular Plant, 2019; DOI: 10.1016/j.molp.2018.11.013

Tang G. et al., Am. J. Clin. Nutr., DOI: 10.3945/ajcn.111.030775

GENTECH Archive The "Golden Rice" Tale: Potrykus  http://www.gene.ch/gentech/2000/Dec/msg00011.html

http://www.scau.edu.cn/_t78/2019/0111/c1300a160502/page.htm