Genetická modifikácia hovädzieho dobytka: Prínosy, riziká a kontroverzie

Genetické inžinierstvo sa v medicíne používa už viac ako 20 rokov a s pomocou genetickej technológie vyrobený inzulín bol prvý liek tohto druhu. Dnes je v Nemecku schválených 60 takýchto liekov, napr. očkovacie látky proti hepatitíde, inzulín pre diabetikov, rastový hormón somatotropín, erytropoetín proti chudokrvnosti. Geneticky modifikované organizmy (GMO) môžu pri správnom smerovaní ich aplikácie pomáhať ľudstvu proti chorobám a pliagam.

V tomto článku sa pozrieme na genetickú modifikáciu hovädzieho dobytka, jej prínosy, riziká a kontroverzie s ňou spojené.

Holštajnský hovädzí dobytok, celosvetovo najrozšírenejšie plemeno.

Geneticky modifikovaný losos a iné zvieratá

Ako prvé transgénne zviera, určené na ľudskú spotrebu, bol losos s obchodným názvom AquAdvantage. Tento losos obsahuje gén pre rastový hormón z kráľovského lososa a ďalší gén z druhu rýb prispôsobeného chladným morským oblastiam. Pomocou týchto dvoch génov produkujú transgénne lososy viac rastových hormónov a namiesto troch rokov sa dosiahne jatočná zrelosť za 16 až 18 mesiacov.

Transgénne zvieratá boli použité predovšetkým vo výskume ako pokusné zvieratá. Transgénne ovce, kozy a sliepky sa používajú na vytvorenie určitých ľudských proteínov (napr. antitrombín). Transgénne ošípané sa skúmajú, pretože by možno mohli vytvoriť ľudské orgány v budúcnosti. V roku 2009 japonskí vedci vytvorili prvého transgénneho mačiaka.

Bezzrohý dobytok: Americký pokus

Americká spoločnosť sa pokúsila genetickou úpravou dobytka zbaviť kravy bolesti a chovateľa práce. Vytvorila plemeno bez rohov, avšak vo zvieratách však "zabudla" kus cudzorodej DNA. Je to podobné, ako keby chirurg zabudol v pacientovi operačný nástroj.

Celosvetovo najrozšírenejšie plemeno dobytka - takzvaný holštajnský hovädzí dobytok - má veľa vlastností, ktoré chovatelia chcú, predovšetkým dáva viac mlieka ako akékoľvek iné plemeno. Avšak nič nie je ideálne, a tak aj holštajnský dobytok má „niečo navyše“, bez čoho by sa majitelia obišli. Zvlášť v chovoch, kde je málo priestoru a zvieratá sú vo veľmi tesnom kontakte, kvôli nim nevyhnutne dochádza k zraneniam, väčšinou samozrejme zvierat, občas aj ľudí.

Snaha o skratku

Prítomnosť rohov ovplyvňuje jediný gén, ktorý je možné z populácie postupne odstrániť šľachtením. Hoci chovatelia na rohy dlho nemysleli, v posledných rokoch sa to mení. Hoci trend je jasný, pri použití bežného šľachtenia si tiež vyžiada nejaký čas, a bolo teda nevyhnutné, že sa niekto pokúsi vymyslieť skratku.

Pred zhruba štyrmi rokmi predstavila svetu dva kusy vlastného holštýnskeho dobytka, ktorý sa vďaka genetickej úprave narodil bez rohov aj napriek tomu, že jeho rodičia niesli gény pre tvorbu rohov. V podstate išlo o priame napodobňovanie výsledkov bežných šľachtiteľských metód, a tak firma predpokladala, že schvaľovací proces bude v celej rade štátov pomerne jednoduchý a rýchly. Nemalo totiž ísť o geneticky modifikované organizmy (GMO), do ktorých bola vnesená DNA z úplne iného druhu, ale len malú „editáciu“ DNA do podoby, ktorú rad jedincov v sebe už má.

Prvými bezrohými jedincami z dielne spoločnosti sa stali v roku 2014 býky Buri a Spotigy. Spotigy bol doslova obetovaný na oltár vedy kvôli analýzam prípadných vplyvov úpravy na jeho tkanivá, Buri mal celkom 17 potomkov. Ale nielen z toho zišlo.

Odhalenie cudzorodej DNA

Že pravda vyšla najavo, za to môže Alison Van Eenennaamová z Kalifornskej univerzity, ktorá s firmou Recombinetics dlhodobo spolupracuje. Pretože ide de facto o „laboratórne zvieratá", ich likvidácia by musela prebehnúť podľa predpisov a byť uhradená z rozpočtu univerzitného laboratória, uvádza časopis MIT Technology Review. „Bezpečná likvidácia“ každého kilogramu živej váhy pokusných zvierat pritom údajne stojí okolo 1,16 eura.

Van Eenennaamová sa tak chcela s americkými úradmi, konkrétne agentúrou FDA, skúsiť dohodnúť, či povolí predaj mäsa zvierat na bežnom trhu. Firma Recombinetics s návrhom súhlasila v duchu hesla „nie je čo stratiť“: keď žiadosť uspeje, je to jedine dobre, ak nie, aspoň sa ukáže, s akým zdôvodnením FDA príde. A koniec koncov údajne išlo aj o šetrnosť.

Agentúra FDA však pred schválením predaja chcela vykonať vlastné testy. Pri nich jej odborníci objavili, že v génoch zvierat je cudzorodá DNA. Je to len zlomok: zhruba štyri tisícky z troch miliárd „písmen" jadrovej DNA (opis je v práci dostupnej na serveri BiorXiv). Ale zviera vďaka tomu úplne jasne a nespochybniteľne spadá do kategórie „geneticky modifikovaných organizmov“, teda organizmov, do ktorých bol vnesený cudzí genetický materiál.

Ako sa tam dostala?

Ide o malý pozostatok „nástroja“, s ktorého pomocou Recombinetics vykonávala v DNA zvieraťa úpravy. Zjednodušene povedané, v tomto konkrétnom prípade vedci najprv v skúmavke upravili vybraný kus DNA do vytúženej podoby; inak povedané, "premazali, a tým vypli“ usmernenia pre vytvorenie rohov. Potom autori upravenú DNA na cestu zabalili do „krúžku“, ktorému sa hovorí plazmid.

V tomto prípade však plazmidy dokázali, že svoju prácu nielen vedia, ale môžu byť aj prehnane iniciatívne (čo však nie je žiadna novinka, to biológovia vedia dávno). Cudzorodá DNA sa v tele dobytka nijako zjavne neprejavila, zvieratám teda z nej nehrozila žiadna ujma (to nie je prekvapivé, podobné sekvencie sa mnoho rokov používajú pri genetických úpravách myší).

Nemožno vylúčiť, že by sa cudzorodá DNA nejakým spôsobom mohla prekopírovať do baktérie v tráviacom trakte zvieraťa. Problém by to mohol byť preto, že plazmid okrem iného obsahoval aj gén poskytujúci odolnosť voči niektorým antibiotikám. Ide o v laboratóriách bežne používaný spôsob na oddelenie baktérií, ktoré plazmidy nesú, od tých, ktorého ho v sebe nemajú.

Dôležitejšie je, že ide ľudovo povedané o „fušerinu" - cudzorodú DNA mala firma odhaliť sama, a oveľa skôr. Stačilo by potom tieto embryá zničiť a firma si mohla ušetriť veľa zlej reklamy.

Pokrok vpred

Je pravdou, že s pokrokom postupov na editáciu DNA sa takéto chyby stávajú menej pravdepodobnými a ich hľadanie je stále jednoduchšie. Za päť rokov, ktoré uplynuli od „editácie“ DNA vajíčok, z ktorých sa zvieratá narodili, sa veľa techník zmenilo a vylepšilo. Recombinetics napríklad použila staršiu metódu (TALEN), ktorú dnes vo veľkej miere nahrádza novší, jednoduchší a lacnejší postup (tzv. CRISPR).

Spoločnosť Recombinetics samozrejme vykonávala kontrolu DNA zvierat, aby vedela, či úprava uspela, ale z nejakého dôvodu ju nenapadlo zahrnúť do skúšok aj podrobné overovania prítomnosti plazmidu, ktorý DNA do bunky doniesol. To, že to autori zvieraťa nič také nečakali a nehľadali, je samo o sebe prekvapivé. Rozhodne im to neuľahčí jednania s americkými úradmi.

Riziká a obavy spojené s genetickým inžinierstvom

Z hľadiska ochrany zdravia a životného prostredia je technický potenciál nových techník genetického inžinierstva (najmä technológia CRISPR/Cas) alarmujúci. Toto tvrdia dokonca aj vynálezcovia tejto technológie. Preto tu uvedené príklady sa zameriavajú na ilustráciu rizík spojených s novou technológiou genetického inžinierstva (nazývanou tiež „nové genómové techniky“). Mnoho zainteresovaných strán sa otvorene snaží vyhnúť akejkoľvek otvorenej diskusii o týchto rizikách. Je to často kvôli ich ekonomickým záujmom o výskum, vývoj a marketing produktov s modifikovaným genómom.

Nové techniky umožňujú zásadné zmeny v genóme, a to aj bez vloženia iných génov. V mnohých prípadoch sú výsledkom zmeny biologických vlastností, napr. Na rozdiel od častých tvrdení, nové genové techniky nemožno postaviť na rovnakú úroveň ako konvenčné šľachtiteľské metódy alebo prirodzene sa vyskytujúce mutácie. Génové nožnice, ako napríklad CRISPR/Cas, sú biotechnologické mutagény, ktoré sa dajú použiť na obídenie prirodzených mechanizmov génovej regulácie a dedičnosti. Sprístupňujú genóm pre zmeny novým a oveľa zásadnejším spôsobom. Okrem toho v mnohých prípadoch nové techniky genetického inžinierstva spôsobujú aj špecifické nezámerné a nežiaduce účinky.

Tieto nové techniky sa navyše často používajú v kombinácii so „starými“ metódami genetického inžinierstva, napríklad s „génovým delom“. Okrem toho to predstavuje veľké výzvy pri hodnotení environmentálnych rizík, napr. zmeny v zložení rastlín, ktoré môžu mať vplyv na potravinový reťazec alebo na interakciu a komunikáciu s prostredím. Drobné zmeny v jednotlivých bázových pároch génu môžu spôsobiť, že octomilky sa stanú rezistentné na toxíny produkované špecifickými rastlinami.

Ak sú geneticky modifikované organizmy schopné prežiť a rozmnožovať sa v životnom prostredí, niektorým z nich sa podarí rozšíriť ako „mimozemšťania“ do prirodzených populácií. Tento proces nemusí byť okamžite známy alebo navonok zrejmý. Príklad: gén octomiliek (Drosophila melanogaster) bol manipulovaný pomocou génových nožníc CRISPR / Cas, aby bol podobný génu nájdenému u motýľov monarch (Danaus plexippus). Celkovou zmenou iba štyroch základných párov sa tak octomilky stali odolnými voči toxínom produkovanými určitými rastlinami. Vďaka tomu môžu octomilky absorbovať toxíny a stať sa jedovatými pre predátorov.

Časť problému: génové nožnice musia byť pred samotnou aktiváciou vložené do bunky. V prvom kroku sa DNA pre génové nožnice zvyčajne zavádza do buniek rastlín a zvierat často pomocou ďalších pomocných látok, ako sú napríklad gény z baktérií. Výsledkom tohto procesu je často neúmyselné vloženie cudzích génov do genómov upravovaných rastlín a živočíchov. Možných následkov je veľa, napr. v organizmoch môžu vznikať nebezpečné a problematické látky.

Chyby, ktoré vzniknú pri použití génových nožníc, možno ľahko prehliadnuť, ak sa nezohľadní skutočná zložitosť postupov. To je prípad dobytka, ktorý bol geneticky modifikovaný v rokoch 2015/2016 tak, aby bol bez rohov. Až v roku 2019 vedci zistili, že genetický materiál baktérií použitých pri tomto procese bol tiež zavedený do genetického materiálu hovädzieho dobytka. Okrem iného v genóme dobytka našli kompletné fragmenty DNA schopné generovať rezistenciu na antibiotiká.

Tento príklad ukazuje, že prv ako sa metódy genetického inžinierstva používajú na poľnohospodárskych rastlinách alebo zvieratách, musia sa podrobne preskúmať všetky výsledné organizmy. Inak možno ľahko prehliadnuť neúmyselné zmeny v genóme.

Nové techniky genetického inžinierstva ako génové nožnice CRISPR / Cas sa používajú na vytvorenie napr. hospodárskych zvierat so zvýšeným rastom svalov. Používanie génových nožnícníc je však často problematické u zvierat, ako sú hovädzí dobytok a ošípané: jednotlivé bunky sa často odstránia z kože, potom sa geneticky upravia pomocou CRISPR / Cas a potom sa prevedú na embryonálne bunky pomocou klonovacích procesov, aké sa používajú napríklad pre Dolly ovca.

Jeden konkrétny projekt, ktorý vedci uskutočňujú, je použitie techník genetického inžinierstva na produkciu takzvaných „zvierat s dvojitým svalstvom“. V rôznych pokusoch s ošípanými, kravami, ovcami a kozami sa uskutočnili pokusy o vypnutie génu pre myostatín (MSTN), ktorý riadi rast svalov. To však môže spôsobiť značné problémy so zdravím zvierat: experimenty v Číne ukazujú, že iba osem prasiatok z 900 embryí prežilo s požadovanými zmenami v genóme. Mnohé tiež zomreli v prvých mesiacoch. Mladé prasiatka trpeli zdravotnými problémami, ako napríklad zosilneným jazykom. Po mnohých ďalších pokusoch sa narodili zdanlivo zdravé exempláre.

Tento príklad ukazuje, že úprava genómu u hospodárskych zvierat nie je v žiadnom prípade bez vedľajších účinkov a je často spojená s utrpením zvierat.

Nové techniky genetického inžinierstva možno tiež použiť na zmenu prirodzených populácií. Boli vyvinuté takzvané „génové pohony“ na zmenu, zdecimovanie alebo dokonca vyhladenie prírodných populácií, napr. škodcov. Podstatnou vlastnosťou génového pohonu je to, že dokáže obísť pravidlá prirodzeného dedičstva. Dodatočne vložené gény sa môžu v populácii šíriť rýchlejšie, ako by tomu bolo prirodzene.

Technická charakteristika geneticky upravených organizmov alebo dokonca laboratórne experimenty nie sú dostatočné na odhad všetkých relevantných rizík, ktoré môžu nastať v budúcich generáciách a pri interakcii s životným prostredím. Nie je možné nijako spoľahlivo odhadnúť dlhodobé následky ich prepustenia. Ak kontrola zlyhá, môžu sa vážne poškodiť ekosystémy a urýchliť vyhynutie druhov.

Je obtiažne vyvinúť spoľahlivé metódy identifikácie geneticky modifikovaných potravín, pokiaľ nie sú k dispozícii potrebné údaje. Väčšina v súčasnosti pestovaných geneticky upravených rastlín má oveľa vyšší potenciál pre nekontrolované šírenie v životnom prostredí, ako sa očakávalo. Mnohé z rizík neboli podrobne preskúmané.

Plochy geneticky modifikovaných plodín vo svete.

Porovnanie klasického šľachtenia a genetickej manipulácie

Diskusia týkajúca sa GMO, zameraná na ovplyvnenie verejnej mienky, prebieha v rôznych rovinách a vzťahuje sa na rôzne aspekty problematiky. Protagonisti GMO sa snažia verejnosť presvedčiť o užitočnosti a neškodnosti poľnohospodárskych plodín získaných genetickou manipuláciou, zatiaľ čo odporcovia z pomedzi odborníkov ich argumenty spochybňujú. Jednou z tém, ktorá je predmetom debaty, je porovnanie klasického šľachtenia, využívaného v agrárnej praxi už tisícročia, s genetickou manipuláciou.

Táto je obhajcami GMO prezentovaná ako moderný spôsob šľachtenia, pričom na jednej strane je efektívnosť novej techniky (z hľadiska času i dosiahnutých výsledkov) neporovnateľne vyššia a na druhej strane nie sú jej eventuálne riziká údajne väčšie ako v prípade tradičných agronomických postupov. V záujme názornosti zvyknú obhajcovia argumentovať tabuľkou, kde je vývoj systémov dosahovania "kvalitnejších" plodín (a zvierat) prezentovaný na piatich úrovniach (od prirodzeného výberu, šľachtenia prirodzených mutantov, získavania hybridov až po mutagenézu a transgenézu).

Argument, že vo všetkých prípadoch dochádza k určitej zmene genetického zloženia, nemožno spochybniť. Už pri prvej aproximácii je ale možné skonštatovať, že kým v prvých troch prípadoch ide o transfer génov prirodzenými kanálmi, u mutagenézy a transgenézy sú genetické zmeny v podstate vynútené. Inak povedané, v prípade klasického agronomického šľachtenia dochádza k zmenám genetického zloženia plodín, ku ktorým by za určitých okolností mohlo dôjsť i v prírode bez pričinenia človeka. U posledných dvoch prípadoch dochádza ku zmenám, ktoré by v prírode nikdy nastať nemohli. Osobitne v prípade transgenézy je možné napr. odobrať gén z ryby a vložiť ho do jahody. Takéto niečo v prírode nie je možné a z dôvodu existencie tzv. medzidruhovej bariéry môže k transferu génov dochádzať iba medzi "príbuznými" v rámci toho istého druhu.

Ak chceme bližšie porovnať mieru rizika spojeného s plodinami získaných prirodzenou a neprirodzenou cestou, je potrebné sa trochu podrobnejšie pozrieť na techniky mutagenézy a transgenézy.

Mutagenéza a transgenéza

V prvom rade treba povedať, že protagonosti biotechnológií považujú za GMO iba výsledky transgenézy a i preto sa predpisy súvisiace s GMO nevzťahujú na mutagenézu. Produkty mutagenézy preto nebývajú podrobené osobitnej procedúre sanitárneho hodnotenia, ktorá je pre GMO povinná. Mutagenéza je technika pri ktorej dochádza prostredníctvom fyzikálnych (RTG žiarenie, UV žiarenie) alebo chemických činidiel k modifikácii alebo dezaktivácii niektorých génov, ktoré v danej plodine prirodzene existujú. Výsledkom sú modifikácie vzorcov proteínov, ktoré predmetné gény kódujú, čo môže mať za následok zmenu funkčnosti týchto proteínov čo následne sprostredkuje príslušnému organizmu nové vlastnosti.

U transgenézy dochádza k sprostredkovaniu nových vlastností nie dezaktiváciou alebo modifikáciou existujúcich génov, ale naopak cestou "vloženia" nového génu, ktorý bol predtým odobratý z iného organizmu. Metóda vkladania nového génu býva lobistickými združeniami pro GMO prezentovaná verejnosti ako chirurgicky presná. Problém spočíva v tom, že je potrebné zabezpečiť, aby nový ("záujmový") gén prenikol do bunky príjemcu, čo je zložité pretože rastlinná bunka má veľmi pevné steny. Túto stenu je potrebné doslova "preraziť" a nový gén je takto do rastliny v podstate vstrelený (ako médium sa používajú mikročastice zo zlata alebo platiny na ktoré sú transgény "nalepené"). I prístroj ktorý sa na tento účel používa má priliehavý názov: kanón na gény. Bunka rastliny príjemcu je takto vlastne "znásilnená".

S týmto súvisí celý rad závažných otázok. Nemôžeme sa napríklad dozvedieť, či sme popísanou procedúrou dezaktivovali, modifikovali alebo stimulovali gény, ktoré sa prirodzene vyskytujú v rastline, ktoré sú tieto gény a aké sú dôsledky na metabolizmus rastliny. Ak došlo následkom tejto operácie k dezaktivácii niektorých génov to znamená, že niektoré proteíny rastliny už nie sú vyrábané a následne niektoré metabolické procesy už neprebiehajú. Ak by došlo naopak k stimulácii niektorých génov, následne sú s nimi spojené proteíny „vyrábané“ vo väčšom množstve čo môže mať rovnako nepredvídateľné následky na metabolizmus.

Okrem toho, proteíny kódované niektorými génmi môžu byť nevyhnutné v fungovaniu iných génov. Následne, narušenie génového zloženia rastliny ku ktorému dochádza vložením transgénu alebo akoukoľvek inou genetickou modifikáciou môže spôsobiť kaskádové dôsledky, ktoré absolútne nemožno predvídať, na rastlinu samotnú ako i na jej interakcie so životným prostredím a na potravinový reťazec.

Základný výskum už dávno vyvrátil zjednodušenú predstavu, že vložením nejakého génu sa prijímajúcej rastline sprostredkuje iba jedna želateľná vlastnosť a nič iné sa nestane. Dnes sa už vie, že niektoré proteíny sú kódované viacerými génmi, dochádza teda k synergickému efektu, iné gény sú neaktívne bez toho, aby sa vedelo prečo. Pravdepodobne vôbec nie je jedno, v „susedstve“ akých génov sa ocitne „vstrelený“ transgén, čo ale súčasná technika vôbec nevie ovplyvniť!

Výskumní pracovníci, ktorí „vyrábajú“ každý týždeň GMO v laboratóriu v rámci aktivít spojených so základným výskumom, poznajú početné prípady neočakávaných vedľajších účinkov. Napríklad vložením cudzieho génu do huby v rámci jedného experimentu sa huba stala sterilnou, bez toho aby sa to očakávalo a aby sa to následne vedelo vysvetliť. Úlohou vloženého génu bolo sprostredkovanie úplne inej vlastnosti. To jasne ukazuje do akej miery nemáme proces genetickej modifikácie pod kontrolou. Takýchto príkladov existuje veľké množstvo. Transgénne zemiaky, rezistentné na jeden vírus, majú hľuzy, ktoré rastú na vzduchu. Prečo? GM melóny, ktoré praskajú pred dozretím. Prečo?

Šlachtenie je výber najvhodnejších jedincov ktorí vznikli prirodzeným rozmnožovaním a je to dlhodobý proces. Genetická modifikácia vzniká v laboratóriu umelým zásahom človeka v krátkom čase, prevažne v rastlinách.

tags: #hovadzi #dobytok #modifikacia #geneticka

Populárne príspevky:

• Klasika slovenskej kuchyne
• Recept na linecké pečivo
• Obvod a obsah gule: prehľad
• Recept na pečenú divinu
• Recept na čokoládovú tortu