Využití geneticky modifikovaných technologií v zemědělství a potravinářství

Kanala (kanadský olej s nízkým obsahem kyseliny) pro lidskou spotřebu byla vyvinuta počátkem 70. let 20. století v Manitobě konvenčním šlechtěním rostlin z řepky, aby se odlišila od přírodního řepkového oleje, který má mnohem vyšší obsah kyseliny erukové. Do roku 1998 byla genetickým inženýrstvím vyšlechtěna odrůda odolnější vůči chorobám a suchu. V současnosti se Canola hojně pěstuje v Kanadě, USA a dalších zemích a americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (USFDA) ji obecně uznává jako bezpečnou a v roce 2013 byla povolena v kojenecké výživě s obsahem oleje Canola až do 31 % celkové tukové směsi.

Dalšími hojně konzumovanými GM produkty jsou kukuřice a sója z GM plodin. Herbicid glyfosát inhibuje enzym 5-enolpyruvylšikimát-3-fosfát syntázu, který je přítomen u rostlin, hub a bakterií, ale ne u zvířat. Tento enzym je klíčovým krokem při tvorbě hormonů prostřednictvím produkce aromatických aminokyselin. Používání širokospektrálního herbicidu se výrazně rozšířilo s vývojem geneticky modifikované sóji a kukuřice Roundup® ready, které obsahovaly gen glyfosát-N-acetyltransferázy. Při aplikaci herbicidu by tyto GM plodiny nebyly zasaženy, ale některé plevele by byly zničeny. V současné době jsou různé komerční glyfosátové přípravky schopny regulovat více než 100 druhů širokolistých a travních plevelů. Toxikologické studie ukázaly, že i když se v jedlých částech GM plodin vytvářejí nové metabolity, které nebyly pozorovány u konvenčních plodin, Společné zasedání FAO/WHO o reziduích pesticidů dospělo k závěru, že při krátkodobé nebo dlouhodobé konzumaci těchto komodit nebo jejich produktů nevznikají žádné obavy o lidské zdraví. Očekává se, že počet schválených GM plodin na celém světě vzroste z 30 v roce 2009 na 110 do roku 2015. Dokonce i v Evropě, kde jsou obavy obyvatel z GM potravin největší, se každoročně dováží přibližně 30 milionů tun GM plodin a v Evropské unii (EU) je nyní povoleno pěstovat mnoho odrůd kukuřice odolné vůči herbicidům. Glyfosát je však půdními mikroorganismy odbouráván jen pomalu a může představovat riziko kontaminace vody. Kromě toho vzrůstá obava z rezistence některých druhů plevelů vůči tomuto herbicidu.

Další úspěšnou aplikací GM technologie je vložení genu pro biologický pesticid produkovaný bakterií Bacillus thuringiensis (Bt), která je blízce příbuzná velmi rozšířené půdní a prachové bakterii Bacillus cereus. V roce 1901 byl Bt poprvé pozorován v kolonii nemocných nebo umírajících bource morušového v Japonsku. Hlavní rozdíl mezi Bt a B. cereus spočívá v tom, že Bt produkuje endotoxin, který zabíjí motýly. Toho je dosaženo pomocí bílkovinného toxinu, který se v bakterii vyskytuje jako parazporální tělísko („krystal“) během sporulace. Střevní proteázy hmyzu aktivují proteiny toxinu, umožňují jim navázat se na receptory a ovlivnit buňky středního střeva vytvořením pórů v trávicím traktu larev (hemocoel). Tyto póry umožňují přirozeně se vyskytujícím střevním bakteriím proniknout do hemocoelu, kde se množí a způsobují sepsi Bt toxin ve formě sprejově sušeného smáčivého prášku Bt kultury se stal komerčně dostupným v 50. letech 20. století a byl hojně používán v Kanadě ve formě postřiku na rozsáhlých plochách lesů napadených lýkožroutem smrkovým a václavkou. V lesním hospodářství však v polovině 80. let 20. století Bt kmeny prakticky nahradily hlavní chemické pesticidy pro kontrolu pupalky smrkové a lýkožrouta v Ontariu, Quebecu a atlantských provinciích. Od té doby byly provedeny různé modifikace zaměřené na určitý hmyz, především na ničivé housenky. Pro potravinářské a pícninářské plodiny však bylo jeho použití omezenější, zaměřené hlavně proti bázlivci kapustovému, roháči rajčatovému, zavíječi kukuřičnému, housenkám vojtěšky a pavučinci vojtěškovému. Bt lze aplikovat prostřednictvím zavlažovacích systémů nebo ve formě granulí. Dostupné údaje naznačují, že spory mohou v polních podmínkách zůstat v půdě měsíce až roky, ale o životnosti toxinu v půdě nebo ve vodě je známo jen málo.

Dva izoláty tohoto rodu jsou vysoce účinné proti hmyzu s velkým hospodářským významem; Bt subsp. kurstaki napadá lepidoptera a Bt subsp. israelensis hubí komáry a černé mouchy. Kmen Bt kurstaki se nejčastěji používá jako postřik k hubení housenek na zelenině. Bt insekticidy jsou jedinými široce používanými bakteriálními insekticidy a jejich výhodou je, že se nezaměřují na opylovače, jako jsou včely, ani na predátory nebo parazity ohrožených škůdců. V roce 2012 provedl Evropský úřad pro bezpečnost potravin hodnocení rizik kmene Bt kurstaki a dospěl k závěru, že zdravotní riziko pro savce, plazy, obojživelníky, ptáky, řasy a suchozemské členovce, kteří nejsou hmyzem, a pravděpodobně i pro půdní mikroorganismy je nízké. Z hlediska GMO je Bt kukuřice variantou kukuřice, která byla geneticky upravena vložením genu pro Bt toxin do genomu kukuřice za účelem hubení zavíječe kukuřičného a nověji i zavíječe klasového a kořenového. Na rozdíl od Bt transgenní rostliny, jako je kukuřice, neuvolňují Bt toxin. Místo toho musí být buňka strávena hmyzem, aby se účinná látka uvolnila ve střevě. To je oproti Bt postřiku zlepšení, protože není náchylná k degradaci slunečním zářením ani ke smytí deštěm. Většina postřikovaných přípravků je časem méně účinná, třeba několik dní nebo týdnů po aplikaci, na rozdíl od geneticky modifikované verze, která je účinná po celou dobu života rostliny. Jedním z rizik však je, že neustálé vystavování hmyzu působení Bt odvozeného od GM může vést k získání rezistence vůči hmyzím predátorům.

Ačkoli je hmyz v rámci laboratorních pokusů schopen vyvinout vysokou úroveň rezistence, tam, kde byly plodiny postřikovány, to nebylo ve větší míře pozorováno. Nyní panuje všeobecná shoda, že „strategie vysokých dávek/útoku“ je nejslibnějším a nejpraktičtějším přístupem k prodloužení účinnosti Bt toxinů. Ta vyžaduje hostitelské rostliny bez toxinů jako útočiště v blízkosti insekticidních plodin a dávky toxinů, které mají být dostatečně vysoké k usmrcení hmyzu. Po více než deseti letech kvůli počáteční komercializaci Bt plodin zůstává většina populací cílových škůdců citlivá, ale u některých populací tří druhů nočních motýlů živících se Bt kukuřicí v Portoriku a Jižní Africe a u Bt bavlníku na jihovýchodě USA byla zdokumentována polní rezistence. Výsledky z terénu jsou v souladu s teoretickými předpověďmi, které naznačují, že mezi faktory zpožďující rezistenci patří recesivní dědičnost rezistence, hojné úkryty neBt hostitelských rostlin a dvoutoxinové Bt plodiny nasazené odděleně od jednotoxinových Bt plodin. Používání Bt plodin je celosvětově oblíbené, pěstuje se jich více než 32 milionů hektarů, včetně Bt bavlníku a Bt brambor. Dokonce i některé země, které mají obavy z geneticky modifikovaných potravin obecně, například v EU, povolují používání transgenních Bt plodin a je pravděpodobné, že se jejich používání v budoucnu rozšíří. Mezi další GMO povolené v USA a některých dalších zemích patří bavlna odolná vůči herbicidu bromoxynil, rajčata se zpožděným dozráváním, dýně, cukety a papája modifikovaná tak, aby odolávala virům (80 % havajské papáji je geneticky upraveno, protože dosud neexistuje konvenční nebo ekologická metoda kontroly viru kroužkovitosti). Cukrová řepa odolná vůči glyfosátu byla schválena v Austrálii, Kanadě, Kolumbii, EU, Japonsku, Koreji, Mexiku, na Novém Zélandu, Filipínách, v Ruské federaci, Singapuru a USA.

Potenciál této technologie lze využít také ke zlepšení výživy, například k produkci vitaminů; dobrým příkladem je „zlatá rýže“, geneticky modifikovaná odrůda rýže Oryza sativa, která v jedlých částech rýže produkuje beta-karoten, prekurzor vitaminu A, vyrobená v roce 2000. Zlatá rýže byla vytvořena transformací rýže se dvěma geny pro biosyntézu beta-karotenu: Fytoensyntáza z narcisu a crtI z druhu Erwinia a skutečně má zlatou barvu, zcela odlišnou od geneticky nemodifikované rýže. Důvodem výzkumu bylo vysazení této odrůdy v oblastech, například v Africe a Indii, kde každoročně umírají tisíce dětí na nedostatek vitaminu A. V roce 2005 byla vyvinuta novější odrůda produkující mnohem více beta-karotenu, ale bohužel ani původní, ani novější verze se zatím nepěstuje pro lidskou spotřebu. Přístup GM plodin pro obohacení vitaminu A je mnohými považován za levnější a praktičtější alternativu k vitaminovým doplňkům nebo změně stravy směrem k větší konzumaci zeleniny a živočišných produktů.

Obvyklé obavy vyjádřené v souvislosti s GM plodinami se objevily i v souvislosti se zlatou rýží: šíření GM genů do životního prostředí; ztráta místních odrůd a biologické rozmanitosti; otevření dveří dalším kontroverzním GMO; nemravné zisky nadnárodních společností od těch, kteří si mohou dovolit nejméně nákladů na osivo; vitamin A by mohl být získáván z jiných zdrojů potravin. Další odpůrci namítali, že dospělí a děti by museli sníst nepřiměřené množství zlaté rýže, aby z ní měli nějaký užitek. Nedávné pokusy však ukázaly, že zlatá rýže dodává vitamin A ve stravě stejně dobře jako doplňky stravy a lépe než přírodní beta-karoten ve špenátu. Aby se umožnilo její široké využití, souhlasily nyní geneticky modifikované společnosti s tím, že zemědělci mohou získat osivo a znovu jej vysadit zdarma, pokud na této plodině nevydělají více než 10 000 USD ročně. Byly provedeny polní pokusy a doufá se, že zlatá rýže splní regulační podmínky pro její produkci a bude na trhu v roce 2015.

Dalším přínosným využitím GM technologie je výroba a dodávání vakcín prostřednictvím GM rostlin. Vybraná DNA z virů hepatitidy B a cholery vpravená do sazenic banánovníku by mohla rostlině umožnit produkci antigenních proteinů bez infekční složky. Konzumace těchto banánů (a některých dalších modifikovaných druhů zeleniny, jako jsou brambory a mrkev) by u konzumenta vytvořila protilátky pro boj s těmito nemocemi podobným způsobem jako injekční nebo požití tradiční vakcíny. Může se jednat o účinnější a méně nákladný způsob očkování velkých populací proti specifickým chorobám.

Výzkum geneticky modifikovaných rostlin se bude v budoucnu zrychlovat a některé jeho výsledky se mohou ukázat jako ekonomicky i ekologicky přijatelné pro vlády i veřejnost. Některé rostliny a stromy by mohly být upraveny pro zachycování velkého množství uhlíku, který by se ukládal do kořenů a stonků. Nejlepší okamžitý potenciál mohou mít vytrvalé trávy, jako je switchgrass a Miscanthus, a to díky jejich rozsáhlým kořenovým systémům. Dalšími příklady jsou geneticky modifikované stromy, které rostou rychleji, dávají lepší dřevo, například pro stavebnictví a pro biopaliva, odolávají invazi škůdců a extrémním klimatickým podmínkám a dokonce detekují biologické útoky tím, že vyvíjejí stromy, které mění barvu, když jsou vystaveny biologické nebo chemické kontaminaci. Obavy o životní prostředí však budou bránit jakémukoli jejich zavedení ve velkém měřítku, zejména proto, že pyl uvolňovaný ze stromů je na velkých plochách nekontrolovatelný.