Dějiny GMO: Od zkvašeného vína k ovci Dolly

V prvním dílu seriálu o geneticky modifikovaných organismech (GMO), kde jsme si ukázali a vysvětlili, co patří mezi GMO a jaká je jejich právní a biologická podstata. V tomto textu se podíváme do historie a ukážeme si nejvýznamnější objevy a milníky, které předcházely éře GMO, stejně jako to, jak se geneticky modifikované organismy postupně objevovaly a ovlivňovaly různé oblasti lidské činnosti.

Pokud se chceme bavit o GMO, je nutné si říci něco o biotechnologiích, protože tyto dva pojmy jsou velmi úzce spojeny. Biotechnologie lze obecně definovat jako soubor inženýrských a vědeckých postupů pro přípravu látek pomocí biologických činitelů nebo jejich částí. Těmi činiteli pak mohou být tkáňové kultury, celé organismy nebo jejich části.

Lidé nejsou jediní, kteří si osvojili biotechnologické využití organismů. I v živočišné říši můžeme najít několik příkladů, ve kterých figurují mikroorganismy ve službách vyšším živočichům. Jak je známo, různé druhy mravenců pěstují houby, kterými se pak mohou živit. Zvířata v Africe to posunula ještě dál a oblíbila si konzumaci přezrálých na zem spadlých plodů, které jsou činností bakterií a kvasinek částečně nakvašené, pochopitelně s určitým množstvím alkoholu. Je proto možné spatřit opici s opicí :).

Ani lidé z počátku nevyužívali mikroorganismy cíleně, hlavně se dlouhou dobu vůbec nevědělo o jejich existenci. To však nebránilo starověkým civilizacím vyrábět víno nebo pivo kvašením. Nejstarší archeologické nálezy dokazují, že již Sumerové byli schopni kvasit nápoje, Babyloňané znali až 20 druhů piva, podobně jako Egypťané. Domestikace domácích zvířat proběhla ještě dříve, datována bývá do neolitu přibližně 10 tisíc let před naším letopočtem. Ačkoliv se v průběhu věků technologie kvasných procesů a šlechtění zvířat a rostlin rozvíjela, k moderním biotechnologiím vedla ještě dlouhá cesta.

K tomu, abychom byli schopni připravovat geneticky modifikované organismy, bylo třeba celé řady objevů a vynálezů. Biotechnologie jsou důležitou součástí lidské společnosti a rychle se rozvíjejícím oborem a udělat vyčerpávající seznam objevů je prakticky nemožné. 

Ze starověku, ve kterém se datují začátky biotechnologií, se přesouváme do novověku. V 17. století zavádí Robert Hooke  pojem buňka (1665) a Anton van Leeuwenhoek sestrojuje mikroskop a poprvé je schopen buňky pozorovat (1675). Za otce mikrobiologie a někdy i biotechnologie je pak považován Louis Pasteur, který mezi roky 1822 až 1895 popsal mnoho druhů bakterií, zavedl kultivaci mikroorganismů a studoval jejich fyziologii.

Na cestě ke GMO nelze nezmínit Gregora Johanna Mendela, opata augustiniánského kláštera na Starém Brně, který 1865 představil veřejnosti a o rok později publikoval své poznatky o zákonech dědičnosti. Bohužel tyto objevy na dlouho upadly v zapomnění, a tak rozvoj genetiky nastal až ve 20. století. Posledních 100 let je na objevy pochopitelně nejbohatší.

Když v roce 1910 Thomas Morgan zjistil, že geny jsou uložené na chromozomech, položil tím základ pro moderní genetiku. V roce 1917 maďarský inženýr Karol Ereky poprvé použil termín biotechnologie a uvedl definici, která je platná dodnes. V roce 1928 objevil Alexander Fleming penicilin, antibiotikum, které od 2. světové války zachránilo tisíce životů a je jedním z nejúspěšnějších biotechnologických produktů. Ve stejném roce pak Frederick Griffith přišel na to, že některé bakterie jsou schopné přijímat DNA ze svého okolí, což se dnes hojně využívá při přípravě geneticky modifikovaných bakterií.

Další významné objevy přišly po válce, roku 1953 byla objevena struktura dvoušroubovice DNA, v následujících letech se rozvíjely techniky buněčných kultivací a fermentačních procesů, které dodnes tvoří srdce průmyslových biotechnologií. Na rozvoji fermentací a především dlouhodobých kultivací mikroorganismů se podílela i československá škola v čele s akademikem Ivanem Málkem.

Po rozluštění genetického kódu v roce 1967 a uznáním biotechnologií jako vědeckého směru na začátku 70. let bylo jen otázkou času, kdy bude vytvořen první GM organismus. Posledním krokem k tomu bylo zavedení technologie rekombinantní DNA Cohenem a Boyerem v roce 1973. Ti přišli na to, že je možné vzít kousek DNA nesoucí určitý gen, v laboratoři ho vložit do plazmidu (speciální kruhová DNA bakterií) a tento plazmid pak vložit do bakterie. Od tohoto objevu nabraly události rychlý spád.

Už v roce 1978 byl na světě první produkt geneticky modifikovaných bakterií – lidský inzulin. Schválen pro použití u lidí byl v roce 1982. V každém případě to znamenalo velký úspěch, protože do té doby používaný způsob izolace inzulinu z vepřových a hovězích slinivek nebyl příliš efektivní. V 80. letech se začalo pracovat na produkci růstového hormonu, představeny byly první rekombinantní vakcíny, začalo klonování živočichů a transgenoze rostlin, zlepšovaly se molekulární techniky práce s DNA, rozvíjelo se sekvenování genomů od bakterií po člověka.

90. léta se nesla na vlně boomu GMO, v roce 1994 byla schválena první GM potravina – rajče Flavr Savr. Od 1996 funguje komerční pěstování GM obilovin, v roce 1997 se narodila ovce Dolly, první klonovaný savec na světě. Zlatá rýže, která má oproti běžné rýži zvýšený obsah betakarotenu, byla světu představena v roce 2000, RoundupReady rostliny rezistentní k herbicidům jsou známy od roku 1996. Evropa je ve využívání GMO rostlin pozadu, první GMO plodiny se v Evropě začaly pěstovat až po roce 1998, přičemž do roku 2010 byla jedinou plodinou schválenou pro pěstování v rámci EU kukuřice. U dalších plodin byl schválen dovoz a použití, ne však jejich pěstování. 

Éra GMO zdaleka nekončí, stále se pracuje na přípravě nových terapeutických proteinů, rostlin rezistentních proti škůdcům nebo bakterií schopných rozkládat nebezpečné látky v životním prostředí. 

V příštím dílu našeho seriálu o GMO se podíváme na metody, kterými genetické modifikace probíhají a představíme si i nejčastěji využívané organismy v molekulárních biotechnologiích.

Autor je doktorand Loschmidtových laboratoří MU, vědecký pracovník Recetoxu a FNUSA-ICRC.

Masarykova univerzita | Masaryk university