Před  více než půlstoletím získala zemědělská praxe kvalitativně nový nástroj ochrany kulturních rostlin proti celému spektru hmyzích škůdců. Byly jím nejrůznější geneticky modifikované (GM) rostliny s vnesenými geny bakteriálních toxinů, zabíjejících velmi specificky a velmi účinně buď hmyzí larvy/housenky nebo i dospělce. Světlo světa postupně spatřily tzv. BT plodiny. Svůj název přejaly od dárcovské bakterie Bacillus thuringiensis, tedy familiérně „Bacil duryňský“. Mikrobiologové jej znali již někdy od počátku dvacátého století jako obávaného hubitele japonských chovů bource morušového. Co však měl společného s Duryňskem?

Inu, jeho účinky později právě v Duryňsku testoval na pokusných chovech potemníka jeden činorodý tamní profesor – a položil tak i základy vědomostí o mechanismu tohoto účinku. Postupně bylo zjištěno, že tyto toxiny jsou specifickými proteiny, schopnými se vázat na nejrůznější receptory buněk výstelky hmyzího střeva. A vyvolávat pak jeho penetraci, vedoucí buď k poruchám dalšího vývoje larev nebo přímo k jejich rychlé smrti. Definováno bylo celé spektrum těchto proteinů a mimo jiné byla zjištěna jejich schopnost krystalisace. Odtud jejich průvodní alternativní název „cry-toxiny“. 

Vražedné nebyly jen živé kultury, ale i usmrcené bakteriální suspenze. A tak zcela logicky vznikl nápad použít je jako velmi specifické a účinné insekticidy. Jejich unikátnost byla podpořena zjištěním, že jsou obecně neškodné pro veškeré (doufejme) obratlovce. 

První komerční přípravky se údajně objevily ve Francii již ve třicátých letech minulého století. Byly ale dost drahé a v jistém ohledu málo spolehlivé. Účinnost totiž závisela – jako u mnoha postřiků –  nejen na počasí (vítr odfouká, déšť smyje), ale také na nutnosti strefit se aplikací co možná nejpřesněji do citlivého larválního stadia škůdce. Předběhnout se nebo opozdit znamenalo problém. V případě  BT GM plodin není co řešit – rostlina jen čeká, až/zda si housenka kousne.

Nicméně poptávka po těchto „přírodě přátelských bioinsekticidech“ trvá dodnes. A tak najdeme doporučení různých komerčních BT přípravků i v našich vysokoškolských skriptech – viz kupř. Urban et al. 2003.

Konstrukce BT rostlin, jež neubližují svým obsahem cry-toxinů ani sobě ani všemožným býložravým obratlovcům, byla tedy obrovským úspěchem. Nesčetné polní pokusy postupně prokázaly mimořádnou, až „poddruhovou“ specifitu účinku různých „cry-šarží“. 

Ve všech zemích, které o pěstování BT plodin projevily zájem, samozřejmě proběhly i vlastní 
kontrolní analýzy vlivu opakovaného pěstování BT plodin na tamní přirozenou faunu – od žížal přes pavouky až k ještěrkám. U nás je koordinovaly a hodnotily zejména týmy  jihočeského Biologického centra AV.

Obavy z jejich genocidního účinku na všeliké populace užitečného hmyzu, zejména opylovačů, se nepotvrdily. Minulostí jsou celosvětové kampaně typu „BT nám vyhubí kultovního motýla Monarcha“. Mohutné strašení samozřejmě nějakou dobu účinkuje – ale když je realita jiná?

Paradoxně totiž BT kukuřice jeho populacím spíše pomohla, neb mj. téměř eliminovala používání různých „klasických“ herbicidů s různými vedlejšími účinky. Pokud se v některých oblastech USA či Kanady jeho četnost přece jen začala snižovat, byly na vině kombinované GM plodiny typu IR+HT  mající vedle odolnosti k hmyzu ještě toleranci k některým totálním herbicidům jako je Roundup (glyfosát), typický zabíječ nejen „plevelů“, ale veškerého rostlinstva. Mezi oběti glyfosátových postřiků na okrajích kukuřičných lánů tak  patří i klejicha, na jejíchž listech se housenky monarcha živí. A jako jedno z řešení se tak vymyslela dokonce strategie „glyfosát prostých refugií“, čistě pro klejichu.

Světový rozlet BT rostlin, datovaný zhruba od roku 1995,  od původního tabáku přes kukuřici, řepku, sóju až po různé zeleniny (kupř. bangladéšský lilek) byl raketový a setrvalý. Po léta vedly tyhle „Insekt Resistentní“ (IR) plodiny ve světových GM statistikách. Objevily se i v Evropě – v Česku se  v roce 2008 dokonce BT kukuřice pěstovala na 8000 ha. Ale jen pár let, neb vzhledem k drakonickým „ochranným opatřením“ si ji pěstitel musel spotřebovat sám.

Postupně se ale objevil nejen ideologický problém – a to spontánně vznikající a pozitivně se selektující rezistence subpopulací hmyzího škůdce k hladině cry-toxinu v pletivech BT plodin.  Genové zdroje přirozených bakteriálních cry-proteinů nejsou neomezené. Příprava různých funkčních alternativ je náročná technicky i časově. Hledají se tedy jiné přírodní alternativy, a to nejen v říši bakteriální, ale také rostlinné.

Velice zajímavý  a možná zásadní úspěch tohoto hledání byl nedávno publikován v časopise PNAS (Wei et al . 2023). U některých čeledí kapradin (druh Pteris cretica, Pteris umbrosa, nebo řády Physeales či Ophioglosales) byly postupně objeveny insekticidní proteiny, svými doménami, podobné  cry–proteinům BT. Obdobný je i molekulární mechanismus jejich účinku – tedy  vazba na střevní výstelku motýlích housenek v místech různých receptorů či iontových kanálů. Postupně byly izolovány jejich geny a vneseny do kukuřice či sóji. Krmné testy mj. prokázaly,  že dva z těchto kapraďových proteinů insekticidně působí na populace kalamitního motýlka blýskavky kukuřičné (Spodofera frugipera), vykazujících jinak odolnost ke klasickým  BT „three-domain“ Cry-proteinům Cry1Fa a Cry2a.127. Možná tedy máme v rukou zcela nový nástroj likvidace hmyzích škůdců nechtěně vyselektovaných aplikací cry-BT.
 
Odkud že se tyhle proteiny ve zkoumaných kapradinách asi vzaly? No jistě, horizontální genový transfer (HGT) je nepopiratelnou složkou evoluce všech živých organismů. Svědčí o tom sekvenční podobnosti těch bakteriálních cry-toxinů s některými rostlinnými  Ale jak to zatím vypadá, některé jsou zřejmě i původem rostlinné. 

Takže – další výzvy pro molekulární biotechnology?

Autorský komentář prof. RNDr. Zdeňka Opatrného, CSc., emeritního profesora PřF UK v Praze

Zdroje

• Urban,J.,Šarapatka, B. a kol.: Ekologické zemědělství.- MŽP Praha 2003 https://www.mzp.cz/web/edice.nsf/e26dd68a7c931e61c1256fbe0033a4ee/881b04bf9fd9a9b3c1256fc000501538?OpenDocument
• Wei, J.-Z. et al: Novel insecticidal proteins from ferns resemble insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis.- PNAS vol. 120 /No.44 : 1-7, 2023  https.//doi.org/10.1073/pnas.2306177120

Zdroj článku: BIOTRIN