BIOTRIN je nezisková organizace vytvořená vědeckými
pracovníky pro šíření informací o moderních biotechnologiích.
Je tu pro vaši informaci a jako fórum vašich názorů.

Krisprováním proti kontaminaci rostlin

Nukleární havárie moderní doby neznamenají jen bezprostřední zdravotní ohrožení nejrůznějších živých organizmů. Jejich průvodním jevem je nezřídka masivní kontaminace zemědělské půdy a tím i plodin na ní pěstovaných. Poškození jaderného komplexu ve Fukušimě před šesti lety mimo jiné vedlo k rozsáhlé kontaminaci japonských rýžových polí radioaktivními isotopy cesia (Cs). Odhady se blíží až polovině jejich rozlohy, na níž byla prokázána jednak zvýšená přítomnost 134Cs (s poločasem rozpadu dva roky) i daleko stabilnějšího 137Cs (poločas rozpadu třicet let).

Oba tyto isotopy jsou rostlinou přijímány kořeny i listy. Příjem je do značné míry aktivní – cesium ke svému vstupu do rostliny využívá specifické transportéry pro draslík, tedy jeden z klíčových biogenních prvků. Cesium rostlina nepotřebuje, právě naopak. Jeho vyšší půdní koncentrace, tedy nad mM hladinu, jsou pro ni toxické.

Jak problém řešit? Technicky nejprostší by byla skrývka kontaminované půdy – takto se před více než třiceti lety radioaktivní kontaminace řešila v Černobylu. Zem ovšem nebylo moc kam odvážet, tak se prostě „obracela vzhůru nohama“. V okolí Fukušimy bylo znečištění cesiem nesrovnatelně menší, maximálně do hloubky 5 cm. I tak by skrývka představovala obrovský problém.

Další alternativou bylo intenzivně zásobit pozemky draselnými hnojivy. Koncentrační kompetice by sice výrazně zbrzdila příjem cesia, ale nepochybně měla i nežádoucí vedlejší účinky na celý ekosystém.

Blokovat celkově příjem obou prvků nějakými inhibitory by samozřejmě znamenalo zásadně narušit základní metabolismus tamních pěstovaných plodin – zejména rýže, ale také hrachu, tabáku, kukuřice…

Mezinárodní vědecký tým odborníků ze Španělska, Francie a Japonska vsadil na strategii biotechnologickou. Na jejím počátku bylo pečlivé studium různých rostlinných K-transportérů, zejména z tzv. rodiny HAK/KUP/KT. Byly izolovány je kódující geny a sledována jejich exprese v odlišných, „heterologních“ živých modelech: bakteriích, kvasinkách či dokonce žabích vajíčkách.

Dalším krokem byla snaha o získání různě mutantních forem těchto transportérů - a sledování jejich přenašečové účinnosti. Tak byl posléze jako klíčový činitel, zodpovědný za nežádoucí vstup cesia, identifikován transportér s označením OsHAK 1. Cílem se tedy stalo funkční vyřazení tohoto transportéru. K tomu byla úspěšně použita genově editační technika CRISPR-Cas.

Získaní oshak1 regeneranti byli poté pěstováni ve fukušimské zemině, vysoce kontaminované 137Cs. Výsledky potvrdily nejen podstatně nižší celkový příjem radioaktivního cesia oproti kontrolám, ale také snížení jeho dalšího transportu uvnitř rostliny. Tedy z kořenů do nadzemních částí, biomasy stébel, listí a hlavně zrn.

Moderní molekulární techniky stále ještě nejsou a možná hned tak nebudou s nadšením přijímány laickou resp. spotřebitelskou veřejností. Spíše naopak. Ale mohou se stát mimo jiné účinným nástrojem nápravy jiných chyb či nebezpečí, provázejících technologický pokrok lidstva na přeplněné planetě.

 

Zdroj:

Nieves-Cordones M et. al (2017): Production of low-Cs+ rice plants by inactivation of the K+ transporter OsHAK1 with the CRISPR-Cas system. Plant J. 2017 Jul 3. doi: 10.1111/tpj.13632