Bavlník – rostlina, která zažene hlad?

Ročně umírá několik milionů lidí smrtí hladem. Pomoci těmto lidem by mohla rostlina, která je na světě hojně pěstována, ale za normálních okolností ne jako potravina, není totiž „jedlá“. Jedná se o bavlník. Ten by nás tedy mohl nejen šatit, ale také krmit. #img_593#.<> Bavlník (latinsky Gossypium) je rod zahrnující asi 40 druhů dvouděložných rostlin z čeledi slézovitých. Jedná se o tropické nebo subtropické rostliny. Některé druhy se pěstují lidé již po tisíciletí (některé prameny uvádějí že Egypťané používali bavlněné tkaniny již před 12 000 let) především na výrobu textilního vlákna – bavlny. Není bez zajímavosti, že archeologické nálezy z Mexika naznačují, že bavlník byl nezávisle domestifikován v Indii a v jižní Americe. Semena bavlníku rostou v tobolkách porostlým bílím chmýřím. Bílé chmýří se využívá k výrobě bavlny, avšak pro semena se stále nenašlo praktické uplatnění. To je velká škoda, protože na 1 kg vláken připadá 1,65 kg semen. Část semen se používá jako krmivo pro skot. Chemické složení semen však dává šanci využít tento „odpad“ efektivněji. Z celkové hmotnosti semen představují celých 23% velmi hodnotné bílkoviny. Při současné produkci bavlníku by toto množství pokrylo denní potřebu bílkovin (50 g/den) u celé půl miliardy lidí. Je tu ovšem jeden problém. Jmenuje se gossypol. #img_596#.<> Produkce bavlny v roce 2005 (v milionech tun) Gossypol je toxická látka žluté barvy, kterou můžeme najít v celé rostlině nejen v semenech. Rostlině slouží jako ochrana před škůdci a mikrobiální infekcí. Po chemické stránce se jedná o polyfenolický aldehyd, který v buňce působí jako inhibitor některých dehydrogenáz.. Dlouhou dobu byl gossypol testován především čínskými vědci jako mužská perorální antikoncepce (nenarušuje hormonální rovnováhu v těle a snižuje plodnost), také jsou známi jeho antimalarické účinky, některé studie naznačují jeho možné využití při léčbě rakoviny, údajně také inhibuje replikaci HIV-1 viru. Především je však silně kardiotoxický a hepatotoxický. Gossypol také způsobuje hypokalemii, nízkou hladinu draslíku v krvi, která vede k pocitu vyčerpanosti, svalové slabosti a v extrémních případech může způsobovat až ochrnutí. Ani zvýšené podávání draslíku v potravě nebrání těmto příznakům. A právě díky vysoké toxicitě gossypolu není možno použít semena bavlníku jako potravinu. #img_594#.<> Gossypol - 2,2′-bis-(Formyl-1,6,7-trihydroxy-5-isopropyl-3-methylnaphthalene) Proto se lidé snaží gossypol z rostliny odstranit. První experimenty byly zaměřeny na křížení mutantů, které neprodukovaly toxin s průmyslově využívanými druhy. Podařilo se připravit rostliny, které neprodukovaly významné množství toxinu, ale zároveň nebylo možné je komerčně využít. Tento neúspěch byl způsoben absencí toxinu nejen v semenech, ale i v ostatních částech rostliny. Díky tomu ztrácela rostlina svou přirozenou obranu proti škůdcům a patogenům a nebylo možné ji pěstovat. Pozornost vědců se tedy upřela k cílenému genetickému zákroku. Bylo potřeba objasnit metabolické cesty, které vedou k tvorbě gossypolu a poté tuto cestu zablokovat tak, aby došlo k zastavení tvorbě gossypolu pouze v semenech. Gossypol a příbuzné látky jsou odvozeny od (+)-δ-kadeninu. Vědci si tedy vybraly jako cíl zákroku první enzym metabolické dráhy δ-kadenin syntázu a jako způsob blokace metodu RNA interference (RNAi). V čem tato metoda spočívá? Nejprve trochu obecných informací. Všechny proteiny (tedy i enzymy) si živé organismy syntetizují podle kódu, který je uložen ve dvouvláknové dsDNA. Prvním krokem syntézy proteinu je transkripce, tedy přepis do jednovláknová mRNA. Až podle této molekuly mRNA (písmeno m značí anglické slovo messenger, tedy poslíček), se syntetizuje protein. Při využití metody RNA interference je do buňky vpraven gen, tedy úsek dsDNA (díky zvoleným aktivačním sekvencím je v našem případě daný gen aktivovaný jen v semenech). DNA vpraveného genu se částečně shoduje s genem pro δ-kadenin syntázu a částečně je k němu komplementární. Přepisem tohoto genu pak vznikne jednovláknová RNA, která se přeloží napůl a spojí tak, že vznikne dvouvláknová dsRNA. Tato dvouvláknová dsRNA se v buňce působením enzymu zvaný DICER rychle štěpí, vznikají úseky o délce asi 20 písmen genetického kódu. Tyto krátké úseky se spojí s enzymatickým komplexem RISC a navedou jej tak, že štěpí mRNA pro enzym δ-kadenin syntázy. Nemůže tedy vzniknout první enzym metabolické dráhy, tím se zablokuje celá enzymatická syntéza gossypolu. Takovým způsobem tým vědců z Texas A&M University vedený Dr. Keertim S. Rathorem zablokoval enzym δ-kadenin syntázu. #img_597#.<> Dr. Keerti S. Rathore s upraveným bavlníkem Mechanismus RNA interference byl z velké části objasněn teprve nedávno, v roce 2006 byl za její objev udělena Nobelova cena. Pravděpodobně se jedná o mechanismus, kterým buňka ničí dvouvláknovou dsRNA, která se objevuje v buňce při napadení některými viry. Jedná se tedy o původně obranný systém buňky, který je možno využít k zastavení přepisu určitého genu bez výrazné změny genetického materiálu. Tato metoda skýtá velký potenciál nejen při genetické manipulace v oboru biotechnologie, ale především v oblasti medicíny. #img_595#.<> Na obrázku je vysvětlen princip RNA interference. Dvouvláknová dsRNA (A) je enzymem DICER štěpena na krátké úseky (ty se odborně nazývají small interfering RNA, siRNA)(B,C), po spojení těchto krátkých úseků siRNA s enzymovým komplexem RISC (D) dojde k navázáni tohoto komplexu na cílovou mRNA (E). Následuje štěpení cílové mRNA (F) a nedojde tedy k vytvoření proteinu, který mRNA kódovala Tímto způsobem upravený bavlník produkuje semena s obsahem gossypolu asi 50x nižším než neupravený bavlník. Semena lze pražit nebo například je mlít na mouku. Dají se z nich vařit podobná jídla jako ze sóji. Také je možno semena využít jako krmivo pro zvířata. Nemodifikovaný bavlníkem bylo možno krmit jen skot, který pomocí střevní mikroflóry gossypol rozkládá. Ovšem na získání 1 kg hovězího masa je potřeba 6 kg krmiva, například u drůbeže tento poměr klesá na 2 kg krmiva na 1 kg masa. Proto by bylo velmi účelné použít modifikovaný bavlník jako krmivo pro prasata, drůbež nebo ryby. #img_598#.<> Upravený bavlník v laboratoři Texas A&M University Vlastnost nízké produkce gossypolu si rostlina předává z generace na generaci, a také ostatní vlastnosti napovídají tomu, že bude možné využít tento bavlník v masovém měřítku. Nicméně před tím, než bude možné takto modifikované rostliny použít v praxi, čeká vědce ještě řada testů a zkoušek, takže první rostliny budou moci zemědělci pěstovat přibližně až za 10 let. Tyto náročné testy jsou způsobeny nedůvěrou, kterou velká část populace ke geneticky modifikovaným organismům chová. Přitom právě příklad upraveného bavlníku dokládá jak užitečné mohou cílené genetické modifikace být. Pokud by byly rostliny neprodukující toxin připraveny například ozařováním, působením chemických mutagenů nebo jiným necíleným zákrokem, bylo by možné uvést je na trh mnohem dříve. Tyto pro veřejnost „přijatelnější“ metody však pro přípravu gossypol neprodukujícího bavlníku použít nelze, stejně tak se neosvědčily ani metody klasického šlechtění. Nezbývá než doufat, že převládne zdravý rozum a názor společnosti na genetické modifikace se změní. Jistě by to prospělo nejen pěstitelům bavlny. Stanislav Obruča Užitečné odkazy: 1. Animace vysvětlující princip RNA interference je možno si prohlédnout na: http://www.nature.com//focus/rnai/animations/index.html 2. Další informace o RNAi je možno nalézt na http://encyklopedie.seznam.cz/heslo/191881-rna-interference Použitá literatura: 1. K. J. Kooistra, R. Pyburn, A. J. Termorshuizen: The sustainability of cotton. Consequences for man and environment, Rapport 223. Science Shop Wageningen UR, Wageningen 2006, ISBN 90-8585-000-2 2. G. Sunilkuram, L. M. Campbell, L. Puckhaber, R. D. Stipanovic, Keerti S. Rathore: Engineering cottonseed for use in human nutrition by tissue-specific reduction of toxic gossypol, PNAS (2006)vol. 103 no. 48 , ISSN 0027-8424 3. http://en.wikipedia.org/wiki/Gossypol 4. http://www.eurekalert.org/pub_releases/2006-11/tau--gct111506.php 5. http://www.osel.cz/index.php?clanek=2250 6. http://agnews.tamu.edu/dailynews/stories/SOIL/photos/Nov2006a.htm

---

68