Definice

Genetické inženýrství neboli genetická modifikace je obor genetiky, který mění DNA organismu změnou nebo nahrazením určitých genů. Genetické inženýrství se používá v zemědělství, průmyslu, chemickém, farmaceutickém a lékařském odvětví a kromě nespočtu dalších možností se uplatňuje při výrobě pivovarských kvasinek, léčbě rakoviny a geneticky modifikovaných plodin a hospodářských zvířat. Jediným kritériem je, že modifikovaným produktem je – nebo kdysi byl – živý organismus, který obsahuje DNA.

Příklady genetického inženýrství

Příklady genetického inženýrství jsou v tomto článku uvedeny podle odvětví, přičemž každé odvětví uplatňuje modifikaci DNA s jiným cílem. Vzhledem k tomu, že lidský genom obsahuje 20 000 až 25 000 genů a že tyto geny mohou mít rozsah od několika set párů bází až po více než 2 miliony, je rozsah genového inženýrství obrovský. Existuje však spousta etických otázek, které se týkají toho, jak daleko by měl tento druh výzkumu zajít a jaké aplikace jsou přijatelné.

Chemický průmysl

Chemický průmysl využívá genové inženýrství, když vyrábí modifikované živé mikroorganismy pro chemickou výrobu. Není možné geneticky upravit chemickou látku nebo materiál, jako je kyselina nebo ocelová tyč – neobsahují DNA; bakterie, které produkují například kyselinu, však geneticky upravit lze.

Přírodní chemické sloučeniny jsou nezbytné pro existenci života. Ty byly v průběhu let napodobeny umělými (syntetickými) kopiemi. Jedním z příkladů genetického inženýrství v dnešním chemickém průmyslu je enzym zvaný proteáza. Proteázové inženýrství je základem genetické modifikace při výrobě pracích prostředků.

Proteázy jsou enzymy, které se nacházejí v každém živém organismu; jejich funkcí je katalyzovat (urychlovat) rozklad esterových a peptidových vazeb, které se nacházejí v mnoha typech skvrn na prádle. Geny proteáz dávají buňkám výrobní instrukce pro výrobu proteáz uvnitř buňky (syntézu bílkovin). Manipulací s těmito geny můžeme změnit konečnou podobu proteázy a některé její vlastnosti.

Dříve neměly prací prostředky přístup ke geneticko-inženýrské technologii, ale i tak byli vědci schopni modifikovat proteázy výběrem a výrobou nejlepších kmenů. Díky genovému inženýrství lze tyto enzymy dále vylepšovat pro ještě bělejší bílé prádlo. Jakmile byl gen pro produkci proteáz dekódován, bylo možné jej extrahovat a modifikovat. Bylo provedeno mnoho modifikací, které zlepšují výsledky odstraňování skvrn například při různých úrovních pH a teplotě vody.

Další příklady genetického inženýrství v chemickém průmyslu zahrnují nakládání s odpadní vodou méně poškozující životní prostředí. Jedná se o modifikaci genů mnoha druhů bakterií, které tráví odpad, aniž by po sobě zanechávaly podobně škodlivé vedlejší produkty. Dalším příkladem je výroba biologicky odbouratelných plastů pomocí geneticky modifikovaných kmenů sinic.

Pěstování plodin

Příklady genetického inženýrství týkající se pěstování plodin se často používají k tomu, abychom si řekli, proč je nekupovat nebo nejíst; nicméně rostoucí populace, která nemá čas, prostor a často ani znalosti k pěstování plodin doma, znamená, že musíme efektivněji využívat naši zemědělskou půdu. Zároveň je důležité, abychom nezmenšovali přírodní stanoviště po celém světě. Geneticky modifikované (GM) plodiny jsou odpovědí v podobě vyššího výnosu plodin na menším pozemku. Genetická modifikace plodin se soustředí na zvýšenou odolnost vůči chorobám, zvýšený obsah vlákniny a živin nebo zvýšený výnos – nejlépe kombinaci všech tří. Pokud můžeme získat všechny potřebné minerály a vitamíny ze super rajčat, která rostou velmi rychle, aniž by potřebovala pesticidy nebo hnojiva, a dokonce porostou i v podmínkách sucha, pak téma geneticky modifikovaných plodin najednou vypadá opravdu velmi atraktivně.

Mnoho negativních komentářů veřejnosti způsobilo, že geneticky modifikované plodiny nejsou populární; mnoho geneticky modifikovaných plodin – i když jsou legálně pěstovány – nemůže najít dostatečně velký odbyt. To znamená, že zemědělci málokdy chtějí podstoupit finanční riziko jejich pěstování.

Neexistují žádné vědecké důkazy o tom, že by geneticky modifikované plodiny byly nebezpečné pro konzumaci ve srovnání s plodinami, které geneticky modifikované nejsou, ale genetické inženýrství je poměrně nové a nemůžeme s jistotou říci, zda jsou jeho dlouhodobé účinky škodlivé pro lidi nebo zvířata, která je konzumují (která bychom pak mohli jíst ve svých hamburgerech). Jedinou geneticky modifikovanou plodinou legálně pěstovanou v Evropské unii (EU) je kukuřice MON 810. Produkce této kukuřice v EU může být v budoucnu také zakázána. Federální zákony v USA jsou přísné, pokud jde o testování GM plodin, ale jejich produkce, prodej a konzumace jsou legální.

Živočišná výroba

Příklad genetického inženýrství v chovu hospodářských zvířat by měl vždy zmínit jedno omezení Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv, které bylo nedávno zrušeno. Dovoz, prodej a chov jiker geneticky modifikovaných lososů býval v USA zakázán, i když to nebylo kvůli obavám, že by konzumace těchto ryb mohla být nebezpečná pro naše zdraví – důvodem zákazu byly zákony o označování. Tento zákaz byl nyní zrušen.

V případě lososa AquaAdvantage vědci zkombinovali geny lososa čivavy a poněkud ošklivého pstruha obecného (níže) a vytvořili tak lososa s kontinuálním růstem (losos obvykle roste sezónně), který spotřebovává a potřebuje méně kalorií než divoké nebo chované alternativy. Společnost strávila dvacet let testováním tohoto nového zdroje potravy; argumenty proti používání geneticky modifikovaného lososa se obvykle opírají o skutečnost, že dvacet let není při průměrné délce lidského života příliš dlouhá doba.

Přestože geneticky modifikované hovězí maso je těžké najít, je stále možné, že váš pečený hrnec kdysi jedl geneticky modifikované krmivo. Je také možné, že mu byl – když bylo živé – aplikován geneticky modifikovaný rekombinantní hovězí růstový hormon (rBGH). Tento hormon se vstřikuje také dojnicím. Bylo zjištěno, že mléko krav, kterým byl podáván rBGH, obsahuje vyšší hladiny IGF-1, hormonu, který zřejmě zvyšuje riziko rakoviny prsu, prostaty, tlustého střeva a plic u lidí. To je jen jeden z důvodů, proč jsou geneticky modifikované produkty tak kontroverzní. Studie však také ukázaly, že používání geneticky modifikovaných krmiv zvyšuje úroveň zdraví zvířat a často znamená, že zemědělci nemusí svým zvířatům podávat antibiotika a hormony – protože tyto chemické látky mohou přecházet do krevního oběhu lidí, kteří tato zvířata jedí nebo pijí jejich mléko, může to být dvojnásob pozitivní výsledek.

GM kuřata nejsou (zatím) k dostání v místním supermarketu, ale kuřata krmená GM krmivy jsou často takto označena. V troubě se tedy pečou strávené zbytky různých geneticky modifikovaných plodin, a ne geneticky modifikovaný pták.

Geneticky modifikovaná kuřecí vejce se zkoumají jako budoucí zdroj přírodních chemických látek. Samice kuřat mohou být geneticky upraveny tak, aby produkovaly vejce, která obsahují větší množství určitých bílkovin. Tyto bílkoviny se běžně používají ve výrobních procesech farmaceutických léčiv. Ceny léků by v budoucnu mohly být díky technologii genetických modifikací mnohem dostupnější.

Léčba rakoviny

Příklady genetického inženýrství v léčbě rakoviny již začínají vykazovat velmi pozitivní výsledky. Slepičí vejce se objevuje i zde. V této oblasti genetického inženýrství se modifikují bakteriální geny, které produkují určité bílkoviny. Tyto proteiny – možná jste slyšeli o velmi intenzivně studovaném proteinu Cas9 – tvoří protilátky, které pomáhají ničit viry. Tento typ bílkovin také podporuje mechanismus, který upozorňuje na imunitní reakci u lidí. Vzhledem k tomu, že tato reakce je často potlačena rakovinnými buňkami, mohl by Cas9 pomoci tělu rozpoznat rakovinu a následně s ní bojovat. Cas9 se již zkoumá a testuje u genetických poruch, jako je srpkovitá choroba a cystická fibróza.

Hereditární onemocnění

Hereditární onemocnění a poruchy by se díky genetickému inženýrství mohly stát minulostí – je tu jen jeden problém, a to etické využívání lidských embryí pro výzkumné účely.

Embryologické genetické inženýrství je v některých zemích legální a v těchto zemích se mu dostává velké kritiky. Když však He Jiankui upravil geny embryí dvojčat a poté je nechal implantovat ženě, která tyto geneticky upravené děti porodila, svět se zbláznil a Jiankui byl následně uvězněn. Nejenže nejsou známy dlouhodobé účinky genetického inženýrství, ale případné změny se mohou přenést i do dalších generací nebo se mohou dále měnit bez přirozené kontroly, kterou je evoluce. Pro lidi, kteří věří, že život začíná početím, nebo považují embryo za živou, vědomou osobu, existuje ještě více etických argumentů.

Mnoha rodičům, kteří podstupují proces oplodnění in vitro (IVF), je nabídnuta možnost preimplantační genetické diagnostiky (PGD). Ta kontroluje DNA oplodněného vajíčka před jeho vložením do dělohy. Cílem je zjistit možné genetické mutace. Rodiče mohou „vadná“ vajíčka vyřadit. Mnozí se domnívají, že je to velmi špatné, protože jsme se nedohodli na tom, co se považuje za nežádoucí mutaci. Genetická vada, která způsobuje potrat, by snad byla přijatelná. Ale co pohlaví, dědičná duševní choroba, barva očí? V minulých letech bylo například v Indii několik klinik zabývajících se léčbou neplodnosti povoláno k tomu, aby párům slibovaly potomky mužského pohlaví. To není příklad genetického inženýrství, ale mnoho skupin se obává, že některé fyziologické volby se mohou dostat do genetického inženýrství, aniž by byly kontrolovány. Genetické modifikace u lidí se dnes řídí prakticky stejnými etickými argumenty jako potraty.

Pro a proti genetickému inženýrství

Pro a proti genetickému inženýrství nejsou vůbec jednoznačné. V oblasti genetické modifikace člověka ovlivňuje naše osobní přesvědčení to, jak se bude tato technologie vyvíjet a posouvat vpřed. V zemích, kde zákon stanoví, že lidský život začíná ve 24. týdnu, bude genetické inženýrství embryí, která nebyla donošena, pravděpodobněji přijato. Tato etická otázka je součástí takzvaného argumentu o osobnosti plodu a je hlavním důvodem, proč se genetické inženýrství u lidí setkává s tak velkým odporem.

V zemědělském prostředí se obavy veřejnosti týkají dlouhodobých účinků konzumace geneticky modifikovaných potravin. Tyto obavy brání zemědělcům v produkci modifikovaných plodin, protože by je nemuseli prodávat a v mnoha zemích je jejich pěstování nezákonné. Osobní otázky jsou často názory; skutečná pro a proti se týkají výsledků dlouhodobého vědeckého výzkumu. Bohužel editace genomu je nová technologie a nemáme k dispozici žádná data, která by pokrývala více než několik let – rozhodně nic, co by pokrývalo život jedné nebo více generací.

Pros

Prosy genetického inženýrství by měly začít tím, že nám toto téma umožnilo dozvědět se mnohem více o našich genech a genech jiných organismů. Právě díky genetickému inženýrství se dozvídáme, jak funguje celá škála organismů obsahujících DNA – od bakterií až po člověka.

Genetické inženýrství nám přineslo nové a nečekané poznatky, které nám říkají, jak vznikají některé nemoci. Tento obor také poskytl cílené terapie, které mohou tyto nemoci vyléčit nebo alespoň zmírnit. Díky této technologii lze zefektivnit nejen působení léčiv, ale také jejich levnější výrobu – jako v případě geneticky modifikovaných slepičích vajec.

Kombinace rostoucí světové populace a potřeby udržet velmi nestabilní poměr zemědělské půdy a přírodních stanovišť vedla k vývoji geneticky modifikovaných plodin. Tyto plodiny jsou navrženy tak, aby měly vyšší výnosy, spotřebovávaly k pěstování méně živin a vyžadovaly menší plochu nebo méně chemických látek (herbicidů a pesticidů). Vědci mohou dokonce zlepšit chuť, nutriční hodnoty, barvy a tvary.

Geneticky modifikované bakterie pomáhají vyrábět biopaliva z geneticky modifikovaných plodin. Biopaliva snižují dopady znečištění fosilními palivy. Sinice nám pomáhají vyrábět biologicky rozložitelné plasty a další geneticky modifikované mikroorganismy rozkládají náš odpad. Genetická modifikace je silně spojena s naší ekologií a budoucností.

A když naše hospodářská zvířata rostou rychleji, spotřebováváme méně zemských zdrojů. Když hovězí dobytek vyroste do plné velikosti za jeden rok namísto dvou nebo tří, znamená to, že každé zvíře o dva roky sníží svou uhlíkovou stopu. Když jsou geny hovězího dobytka upraveny tak, aby bojovaly s nemocemi, mají naše mléko a maso méně zbytků antibiotik a hormonů. Genetické inženýrství znamená menší tlak na přeměnu důležitých, mizejících přírodních ekosystémů v továrny na výrobu potravin.

Nevýhody

Nevýhody spočívají především v nedostatku dlouhodobých studií účinků genetického inženýrství jak na organismus, tak na organismy, které se jím živí. Možná i na ty, které žijí vedle něj. Stejně jako u všech nových, ale potenciálně škodlivých technologií, prostě nemáme dostatek údajů.

Dalším faktorem je, že ačkoli jsme rozluštili lidský genom, nevíme o všech funkcích v lidském těle vše, co potřebujeme. Například střevní mikrobiom je poměrně aktuální téma. Vědci nyní připouštějí, že bakterie ve střevech přímo ovlivňují mozek – což se před deseti lety stávalo jen zřídka. Ale jak přesně neurotransmitery mozku interagují s chemickými látkami v trávicím traktu, je stále záhadou. Příklady, jako je tento, znamenají, že mnoho lidí tvrdí, že bychom se neměli pokoušet něco opravovat, pokud přesně nevíme, jak to funguje, nevíme, jaké to bude mít dlouhodobé účinky, nebo nevíme, zda je to vlastně vůbec rozbité.

Jsou tu samozřejmě i další překážky. Než se dozvíme, zda genetické inženýrství dokáže bezpečně a navždy odstranit nějakou smrtelnou poruchu, musíme zjistit, zda je správné měnit DNA embryí, nechat je vyrůst a narodit se a pak zkoumat jejich život od narození až do stáří (a možná i jejich dětí a vnoučat), abychom mohli zajistit, že nový lék bude bezpečný.

Bibliografie