facebooktwittergoogle
Nezávislé informace o vědě a výzkumu
facebooktwittergoogle

Čeští luštitelé genomu mají další cíl – banánovník

19. 6. 2019
Čeští luštitelé genomu mají další cíl – banánovník

Profesor Jaroslav Doležel usedá k rozhovoru s reportérem časopisu MED den poté, co se na začátku června vrátil z Ugandy. Ve spolupráci s Mezinárodním ústavem pro tropické zemědělství se totiž zabývá výzkumem genomu banánovníku. Český vědec, který se proslavil díky svému významnému příspěvku k přečtení celého genomu pšenice, má před sebou další metu. 

lotte lohr 766 unsplash

Pšenice i banánovník živí velkou část lidstva. A mezinárodní výzkum genomu klíčové africké plodiny financuje Nadace Billa a Melindy Gatesových. Banánovník není pro Jaroslava Doležela žádnou novinkou. Výzkumem jeho dědičné informace se zabývá už od devadesátých let. A banánovník najdete také ve skleníku olomouckého Centra strukturní a funkční genomiky rostlin, které se nachází v areálu Centra regionu Haná. Jen pár metrů od skleníku, na chodbě, teď profesor Doležel odpovídá na otázky MEDu. Kolem procházejí další pracovníci centra, kteří se s jeho vedoucím nejenom živě zdraví, ale také se zájmem zapojují do našeho rozhovoru.

„Máme tady takové rodinné prostředí,“ říká Jaroslav Doležel o centru, které je součástí Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR. I díky tomu v Olomouci dokáží zachovat dlouhodobou kontinuitu výzkumu. A výzkumníky jejich práce v takovém prostředí baví o to více. Výzkumný tým je přitom mezinárodní – pracují zde například Brazilci, Indové, Číňané, Španělé nebo Maďaři.

Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin se zabývá základním výzkumem, je ale jasné, k čemu takové bádání v konečném důsledku směřuje. Lidstvo potřebuje plodiny, které budou dosahovat vyšších výnosů, lépe odolávat suchu, čelit chorobám, škůdcům a obejdou se bez velkého množství chemických hnojiv. „Máme samozřejmě velkou radost, když pak výsledky našeho výzkumu pomáhají šlechtitelům,“ poznamenává profesor.

Lepší komunikaci se šlechtiteli povzbuzuje Strategie AV 21. Jejím cílem je ukázat, jak poznatky jednotlivých výzkumných ústavů Akademie věd mohou být přínosné pro celou společnost, činnost vlády nebo podnikatelské inovace. Jaroslav Doležel je koordinátorem jednoho z programů Strategie AV21 s názvem „Potraviny pro budoucnost“, který se zabývá zajištěním dostatku kvalitních potravin. A jeho samotného překvapilo, jaký zájem projevili šlechtitelé, když se dozvěděli o možnostech spolupráce s Ústavem experimentální botaniky.

Banány pro budoucnost

O „potraviny pro budoucnost“ nyní jde i u banánovníků. Vzhledem k tomu, že domestikované banánovníky nemají žádná semena – na rozdíl od těch planých, je jejich křížení o to složitější. Vědci dokážou díky svým poznatkům a novým technologiím poradit, jestli se křížení v konkrétních případech ubírá správným směrem. To znamená velkou úsporu lidského úsilí a času, vzhledem k tomu, že šlechtění už pak není tak závislé na náhodě jako dříve.

Výzkum se ale netýká toho typu banánů, které kupujeme v českých obchodech. Jak vysvětluje Jaroslav Doležel, jde o šlechtění východoafrických odrůd, jejichž škrobové plody jsou základní potravinou v Ugandě i okolních zemích: „Jsou to vlastně takové naše brambory. Například Uganďané z nich dělají kaši, která je hlavním jídlem i přílohou.“ Svědčí o tom skutečnost, že těmto banánům říkají „matooke“. A matooke je také výraz pro jídlo jako takové.

Účast v prestižním výzkumu genomu banánovníků navazuje na předchozí úspěchy v rámci mezinárodního úsilí o přečtení kompletní dědičné informace pšenice. „To nás vystřelilo do světové špičky. Dnes úzce spolupracujeme s nejlepšími světovými experty, naše metody patří k nejúspěšnějším,“ líčí Jaroslav Doležel.

Pavlína Jachimová SSČ AV ČR

Převratná metoda z Česka

Byl to přitom právě nápad Jaroslava Doležela, který stál u zrodu dlouholetého mezinárodního úsilí o rozluštění genomu pšenice seté, na němž se podílely desítky výzkumných ústavů z celého světa. Přečtení této dědičné informace se dlouho zdálo být zcela nemožné. Genom nejrozšířenější zemědělské plodiny na světě je totiž obrovský – skládá se téměř ze 17 miliard písmen a je téměř šestkrát větší než dědičná informace člověka.

Češi na začátku tohoto tisíciletí přišli s oznámením, že genom pšenice rozluštit lze. A to tak, že se dědičná informace nebude číst jako celek, ale po jednotlivých chromozomech. K oddělení jednotlivých chromozomů měl sloužit průtokový cytometr – přístroj, který byl původně vyvinut pro analýzu krevních buněk. Vědci si tedy měli – obrazně řečeno – rozstříhat genetickou „knihu“ na jednotlivé kapitoly, ty postupně přečíst písmeno po písmeni, a následně sestavit mapy všech 21 chromozomů pšenice.

Nebylo to poprvé, co Jaroslav Doležel vyrukoval s myšlenkou využít průtokovou cytometrii v biologii rostlin. S takovým nápadem přišel už v osmdesátých letech minulého století a patřil k prvním průkopníkům této metody na zeměkouli. Přesvědčit celý svět, že se má při čtení genomu pšenice vydat právě touto cestou, ale nebylo vůbec jednoduché. „Mnozí s námi nesouhlasili a nevěřili, že by nějací Východoevropané mohli přijít s něčím tak převratným,“ vzpomíná profesor Doležel. Projevily se i různé soukromé zájmy, snaha směřovat finance na výzkum jiným směrem.

Podpora z Kansasu i Francie

Silné slovo při mezinárodních jednáních v příštích letech si ovšem vydobyli šlechtitelé, kteří měli jasný zájem na úspěšném výsledku vědeckého bádání. A český přístup nakonec získal silnou podporu z amerického Kansasu, kde spojili síly šlechtitelé s tamní státní univerzitou. Právě Kansas se stal tahounem „chromozomové strategie“. V roce 2005 vzniklo Mezinárodní konsorcium pro sekvenování (čtení) genomu pšenice IWGSC. Financování od té doby přicházelo z veřejných i soukromých zdrojů, do výzkumu se postupně zapojily dvě stovky vědců z více než 70 vědeckých pracovišť z 20 zemí.

Důležitým partnerem vědců z Ústavu experimentální botaniky v Olomouci bylo výzkumné centrum INRA ve francouzském Clemont-Ferrand. Jaroslav Doležel vypráví, jak tamní vizionářka Catherine Feuillet od počátku pochopila výhody třídění chromozomů a tento postup silně podpořila.

Celý výzkum trval třináct let, postupně se uplatnily i další badatelské metody, a loni přišlo oznámení o kompletním přečtení genomu pšenice. Olomoučtí přitom zůstali přeborníky ve svém oboru – jako jediní na světě využívají průtokovou cytometrii k oddělování a zkoumání chromozomů rostlin. Kromě pšenice se zapojili i do čtení genomu ječmene, žita nebo hrachu.

To, že se podařilo kompletně přečíst genom nejrozšířenější zemědělské plodiny, ale ještě neznamená, že by se v Olomouci přestali pšenicí zabývat. Je tomu přesně naopak. „Nikdy jsme v tomto ohledu nebyli tak vytíženi jako teď,“ říká Jaroslav Doležel. Vyluštění dědičné informace se totiž týká jedné odrůdy pšenice seté – „Chinese Spring“. Šlechtitelé ale často potřebují izolovat důležité geny, které tato odrůda nemá a jsou přítomny v jiných odrůdách, nebo planých příbuzných druzích. Protože je známo, na kterém chromozomu se takový gen nachází, není nutné znovu číst celé velké genomy, ale jen konkrétní chromozomy izolované průtokovou cytometrií. To zjednodušuje hledání genů, které jsou z hlediska šlechtitelských záměrů klíčové. Poptávka po takovém výzkumu je obrovská.

Banánovník levou zadní?

Velkou výzvou do budoucna je ovšem banánovník. Na první pohled by se mohlo zdát, že výzkum jeho genomu by mohl být mnohem jednodušší než v případě pšenice. „Genom banánovníku je asi třicetkrát menší než u pšenice, měli bychom to dělat levou zadní. Ale není tomu tak,“ uvádí profesor Doležel. A vysvětluje proč.

Částečně je to kvůli samotnému „materiálu“. Struktura dědičné informace je komplikovanější, výzkum ztěžují příliš „malinké“ chromozomy banánovníku. Dalším důvodem je skutečnost, že do čtení genomu této plodiny se ve srovnání s pšenicí pouští daleko méně badatelů. Zájem mají země z tropických oblastí, které ale čelí nedostatku financí a odborníků. Výzkum proto financují především nadnárodní organizace a nadace. Z pohledu českého Ústavu experimentální botaniky to může být výhoda. „O to více nás to baví a o to více jsme také v rámci mezinárodního výzkumu vidět,“ argumentuje Jaroslav Doležel.

Genetické modifikace

Vědcům, kteří se zabývají čtením genomu, může kalit radost z výzkumu skutečnost, že rozsáhlejší aplikaci jejich poznatků v rostlinné výrobě do značné míry brání stávající legislativa a odpor části společnosti vůči genetickým modifikacím plodin – ať už jde o dodání cizího genu z jiného organismu, nebo takzvanou editaci genomu – tedy úpravu dědičné informace vyřazením určitého genu, či změnu pořadí písmen. Genetické modifikace nejsou podle Jaroslava Doležela ničím nepřirozeným, něčím, co by „nedělala sama příroda“. Nejsou ani ničím novým, jsou jen další metodou, jejímž prostřednictvím získává šlechtitel lepší typy plodin s vhodnějšími vlastnostmi. Genetické modifikace přinášejí změnu v tom, že jsou rychlejší, cílenější a přesnější – zatímco klasické šlechtění je založeno na náhodě.

„Potraviny z geneticky editovaných rostlin podle mého názoru budou skutečnými biopotravinami a budou mít vlastnosti, které od nich požadujeme,“ dodává profesor Doležel. A vzhledem k nárůstu počtu obyvatel na zeměkouli je podle něj iluzí se domnívat, že se bez genetických modifikací plodin obejdeme. Jaroslav Doležel připomíná, že až 800 milionů lidí trpí podvýživou, na hlad ve světě zemře více lidí než na malárii, AIDS a tuberkulózu dohromady.

Je tu pak ještě jedna cesta, jak v budoucnu přispět k nasycení lidstva. Šéf olomouckého centra mluví o „plánu B“ – domestikaci dalších planých rostlin. Připomíná jeden výzkumný projekt ve Spojených státech, který v tomto ohledu sází na pýr prostřední.

Žádné Frankensteiny

A jak by se Jaroslav Doležel díval na změny dědičné informace u lidí? V tomto případě se ukazuje být velmi rezolutním odpůrcem. Výjimkou mohou být podle Doležela genetické úpravy tkání při léčbě pacientů. Rozhodně se mu ale příčí jakékoliv změny genomu, které by se přenášely do dalších generací.

„Vycházím z velmi pragmatických důvodů. Stále dědičné informaci dostatečně nerozumíme,“ říká. Nelze s jistotou prohlásit, že jakákoliv její změna nebude mít nějaké vedlejší následky. Něco jiného jsou rostliny – pokud vyšlechtíte plodinu, která nebude mít zamýšlené vlastnosti, nic strašného se neděje. U člověka by ale byl podobný postup zcela nepřijatelný. Nemluvě o temných vizích typu, že by jednou někoho napadlo vyrábět nemyslící lidi, kteří by byli schopni vykonat jakýkoliv příkaz.

 

Autor: Jan Žižka

Článek vyšel v časopise Moderní ekonomická diplomacie.

Foto: Pavlína Jáchimová, SSČ AV ČR