Víte, že..?

Mikrořasy jsou mikroskopické fotosyntetizující organismy, které spotřebovávají oxid uhličitý a ukládají energii především ve formě lipidů. Pomocí genetického inženýrství a metod genové editace, jako je CRISPR/Cas9, je možné zvýšit jejich schopnost využívat světlo, ovlivnit rychlost růstu, celkovou produktivitu i obsah intracelulárních lipidů. Ty pak mohou sloužit jako surovina pro výrobu bionafty a dalších biopaliv.

Genetické úpravy mikrořas se zaměřují např. na podporu syntézy mastných kyselin a triacylglycerolů, omezení konkurenčních metabolických drah nebo zvýšení odolnosti mikrořas vůči nepříznivým podmínkám (vysoká/nízká teplota, salinita, vyčerpání/nedostatek dusíku apod.).

Na rozdíl od běžných zemědělských plodin využívaných pro výrobu biopaliv (kukuřice, řepka olejka, pšenice), mikrořasy nezabírají úrodnou zemědělskou půdu, mohou růst ve slané či odpadní vodě a některé druhy přirozeně dosahují vysoké produkce biomasy a olejů.   Jejich komerční využití však stále omezují vysoké náklady na kultivaci, sklizeň i náročnější zpracování biomasy. Finančně nejvýhodnější jsou otevřené kultivační nádrže, které však současně zvyšují riziko úniku GM mikrořas do okolního prostředí. Otázkou jsou také rizika horizontálního přenosu modifikovaných genů, ovlivnění původních organismů a nakládání s pevnými zbytky či odpadní vodou, které mohou obsahovat zbytkovou DNA GM mikrořas.

Z tohoto důvodu vědci vyvíjí různé bezpečnostní strategie, které mají zabránit tomu, aby se geneticky upravené mikrořasy nekontrolovaně šířily do přírody. Některé GM mikrořasy jsou např. navrženy tak, aby přežily pouze za přesně stanovených podmínek, jiné lze po ukončení pěstování snadno zneškodnit. Dosavadní studie ukazují, že při dodržení přísných bezpečnostních opatření nebyly pozorovány dlouhodobé negativní dopady na životní prostředí ani přenos upravených genů do okolních organismů.

GM mikrořasy tak představují slibnou cestu k udržitelnější výrobě biopaliv, avšak jejich širší využití bude záviset na dalším výzkumu, pečlivém zvážení a zhodnocení možných rizik a vhodně nastavených pravidlech.

Zdroje:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Mokoš​​​​​​

Společnost Calyxt je americká biotechnologická firma zaměřená na vývoj geneticky upravených, přesněji řečeno genově editovaných plodin pro zemědělství a potravinářský průmysl. Ve svém výzkumu využívá moderní nástroje genové editace, zejména technologii TALEN, která umožňuje cíleně upravovat nebo deaktivovat konkrétní geny přímo v genomu rostlin, aniž by bylo nutné zavádět genetický materiál z jiných organismů.

Z technologického hlediska tak přístup společnosti představuje určitý mezistupeň mezi tradičním šlechtěním a klasickými geneticky modifikovanými organismy (GMO). Na rozdíl od transgenních metod, typických pro konvenční GMO, umožňuje genová editace provádět přesné změny v rámci vlastního genomu rostlin. Díky tomu mohou takto upravené plodiny v některých legislativních rámcích spadat do méně přísně regulované kategorie, pokud neobsahují cizorodou DNA. Tento aspekt významně ovlivňuje nejen rychlost zavádění nových produktů na trh, ale také jejich přijetí veřejností.

Praktickým příkladem tohoto přístupu je jeden z nejvýznamnějších úspěchů společnosti – uvedení sójového oleje s vysokým obsahem kyseliny olejové a nízkým obsahem kyseliny linolenové na trh (tzv. high-oleic soybean oil). Tento olej se vyznačuje lepší tepelnou stabilitou a příznivějším nutričním profilem, zejména díky nižšímu obsahu trans-mastných kyselin. Je proto vhodný pro smažení i další potravinářské aplikace, kde je kladen důraz na stabilitu a zdravotní nezávadnost.

Vedle sóji se Calyxt zaměřuje také na vývoj dalších plodin, například pšenice se zvýšeným obsahem vlákniny nebo rostlin s upraveným složením mastných kyselin a proteinů. Tyto projekty však zatím nedosáhly takové míry komercializace jako výše zmíněný sójový olej.

Společnost Calyxt představuje moderní směr rostlinné biotechnologie založený na přesné editaci genomu a zlepšování nutričních vlastností plodin, což zároveň otevírá otázky regulace i vnímání veřejností. Do budoucna má v plánu zaměřit se na vývoj sóji produkující olej jako udržitelnou alternativu k palmovému oleji, s cílem jak zlepšit jeho nutriční profil, tak i snížit environmentální dopady jeho produkce.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Mokoš​​​​​​

Zatímco se vědci snaží vyvíjet plodiny odolné vůči suchu, stejně důležité je také zvyšovat odolnost plodin vůči opačnému extrému – záplavám a bleskovým povodním. Ty jsou v důsledku klimatických změn častější a intenzivnější, zejména v nízko položených oblastech jižní a jihovýchodní Asie, kde je rýže základní potravinou pro miliardy lidí a její produkce by se měla neustále zvyšovat.

Běžné odrůdy rýže dokážou přežít pod vodou jen několik dní. Pokud jsou pole zaplavena delší dobu, rostliny rychle vyčerpají své energetické zásoby a odumírají. Průlom proto představoval objev genu SUB1A, který umožňuje rýži přežít i několik týdnů zaplavení. Odrůdy nesoucí tento gen během záplavy zpomalí růst a šetří energii, takže po opadnutí vody mohou pokračovat v normálním vývoji.

Na základě objevu tohoto genu byly dále vyšlechtěny nové odrůdy označované jako  Swarna-Sub1 nebo IR64-Sub1. Ty dokáží přežít až dva týdny úplného zaplavení a přitom si zachovat vysoké výnosy, což se v praxi ukázalo jako zásadní pro zemědělce v oblastech jižní a jihovýchodní Asie, kde jsou monzunové záplavy běžným jevem. 

Výzkum však pokračuje dál. Vědci dnes stále hledají další geny a využívají moderní biotechnologické metody, včetně genových editací CRISPR/Cas9, aby vytvořili ještě odolnější odrůdy. Některé nové experimentální linie již dokážou přežít až tři týdny pod vodou a současně si zachovávají vysokou produktivitu.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Dle odhadů rostly v USA až čtyři miliardy kaštanovníku amerického, které poskytovaly potravu volně žijícím živočichům a zároveň představovaly cenný zdroj kvalitního dřeva. Situace se však významně změnila s příchodem kaštanovníkové spály, houbového onemocnění způsobeného patogenem Cryphonectria parasitica. Ten byl do USA zavlečen na konci 19. století spolu s dovezenými sazenicemi japonských kaštanovníků z Asie. Během několika desetiletí choroba zničila většinu populace amerických kaštanovníků a prakticky vymazala tento druh z původních lesních ekosystémů.

Aby bylo možné tento strom vrátit do severoamerických lesů, hledají vědci již desítky let účinné způsoby jeho záchrany. Kromě klasického šlechtění využívají také genetické modifikace a metodu transgeneze. Jedním z nejznámějších výsledků výzkumu je transgenní linie Darling 58, kterou vyvinuli výzkumníci ze State University of New York College. Do genomu stromu vložili gen z pšenice kódující enzym oxalátoxidasu, který rozkládá kyselinu šťavelovou – hlavní toxin produkovaný houbou způsobující kaštanovníkovou spálu. Díky tomu jsou geneticky upravené stromy vůči infekci výrazně odolnější.

Před případným vysazením do volné přírody však musí stromy projít schvalovacím procesem. Výzkumníci proto usilují o získání potřebných povolení a regulační orgány nadále posuzují bezpečnost i ekologické dopady této technologie. GM americké kaštanovníky zatím nebyly schváleny pro rozsáhlé využití v přírodě, přesto představuje tento projekt jeden z nejzajímavějších příkladů využití biotechnologií v ochraně přírody. Pokud budou geneticky upravené kaštanovníky v budoucnu schváleny, mohly by se stát prvními GM stromy určenými k obnově přirozených lesních ekosystémů a pomoci vrátit do amerických lesů druh, který byl téměř vyhuben zavlečenou chorobou.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Po dlouhém regulačním a bezpečnostním hodnocení schválil americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) v dubnu 2025 geneticky editovaná prasata pro využití v potravinovém řetězci. Zvířata vyvinula britská společnost Genus, která se vývojem geneticky upravených hospodářských zvířat zabývá již řadu let. 

Prasata jsou odolná vůči reprodukčnímu a respiračnímu syndromu prasat (PRRS), jednomu z nejzávažnějších virových onemocnění chovů prasat, které každoročně způsobuje miliardové ekonomické ztráty po celém světě a dostatečně účinné vakcíny zatím neexistují. Odolnost prasat byla vytvořena pomocí jedné z nových technik šlechtění (NBT), konkrétně metody genové editace CRISPR/Cas9. Vědci odstranili funkci genu CD163, který virus využívá ke vstupu do buněk, a tím je tak zabráněno vzniku infekce.  

Společnost nyní usiluje o schválení těchto prasat i na dalších světových trzích, zejména v Mexiku, Kanadě a Japonsku, kam Spojené státy vyvážejí značné množství vepřového masa. Naopak souhlas regulačních orgánů společnost Genus již získala v Brazílii, Kolumbii nebo Dominikánské republice, kde bylo rozhodnuto, že tato zvířata budou regulována stejným způsobem jako běžná prasata. Zároveň o schválení usiluje také Čína, která je největším světovým spotřebitelem vepřového masa.

Nejde přitom o první geneticky modifikované zvíře schválené FDA. Již dříve získal povolení geneticky upravený losos s urychleným růstem, nebo GalSafe prase nevyvolávající alergickou reakci u lidí.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Kakaovník, plodina, ze které se vyrábí kakao, je velmi citlivý na změny teploty, dostupnost vody i šíření chorob a škůdců. Rostoucí teploty a častější období sucha v důsledku klimatických změn proto představují významné riziko pro jeho pěstování, zejména v oblastech západní Afriky, odkud pochází většina světové produkce kakaa.

Jednou z možných cest k ochraně produkce kakaa je využití genetického inženýrství a moderních technik editace genomu. Pomocí nich se vědci snaží vyvinout odrůdy kakaovníku, které budou lépe odolávat teplotnímu stresu, suchu i chorobám, a tím pomohou zachovat stabilní produkci kakaa v následujících letech. Na vývoji nových odrůd spolupracují výzkumné instituce i soukromé společnosti, například Mars, Incorporated, která s využitím technologie CRISPR investuje do výzkumu odolnějších a produktivnějších kakaovníků. Cílem je zajistit dlouhodobě udržitelnou produkci kakaa, stabilní dodávky suroviny pro výrobu čokolády a současně podpořit miliony pěstitelů, jejichž obživa je na této plodině závislá.

Kakaovník je často uváděn jako typický příklad toho, jak mohou moderní biotechnologie pomoci s ochranou důležité zemědělské plodiny před dopady klimatické změny. Přesto odborníci upozorňují, že genetické úpravy nejsou jediným řešením a měly by být kombinovány s dalšími postupy udržitelného zemědělství.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Společnost Intrexon Corporation vyvinula genově editovaný GreenVenus™ římský salát (romaine lettuce), který je příkladem produktu vytvořeného pomocí metod NBT (New Breeding Techniques). Pomocí cílené genové editace byly upraveny geny spojené s enzymatickým hnědnutím listů po sklizni nebo mechanickém poškození, díky čemuž salát po nakrájení hnědne výrazně pomaleji a déle si zachovává čerstvý vzhled, křupavost i kvalitu. Hlavním cílem této úpravy není zvýšení výnosu, ale především snížení potravinového odpadu, protože listová zelenina bývá často vyhazována kvůli rychlé ztrátě kvality během skladování a transportu.

Vývoj tohoto produktu začal již v roce 2019, kdy společnost Intrexon Corporation oznámila zahájení komerčních testů v USA. V roce 2020 pokračovalo testování v polních i kontrolovaných podmínkách a v roce 2022 byla odrůda patentově chráněna. Zároveň bylo uvedeno, že si salát dokáže udržet kvalitu až 21 dní po sklizni. V letech 2024–2025 se tento salát začal častěji objevovat jako příklad produktu s komerčním potenciálem, avšak dostupné informace zatím jednoznačně nepotvrzují jeho širokou komerční distribuci.

Odhaduje se, že kvůli plýtvání se každoročně ztratí salát v hodnotě přibližně 3,3 miliardy USD, přičemž přibližně polovina této částky připadá na římský salát. Nehnědnoucí salát GreenVenus™ tak může přinést větší flexibilitu při produkci, zpracování, přepravě i skladování. Tento příklad dobře ilustruje současný trend v oblasti NBT, kdy se místo klasických transgenních organismů stále častěji vyvíjejí plodiny s cílenými úpravami vlastních genů bez vnášení cizorodé DNA.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Právě technologii precizní fermentace (z angl. precision fermentation) využívá k výrobě mléčných produktů společnost Perfect Day. Precizní fermentace spočívá v tom, že vědci identifikují gen zodpovědný za tvorbu mléčných proteinů, například β-laktoglobulin, který se běžně nachází v kravském mléce, a vloží jej do mikroorganismů. Ty následně fungují jako tzv. „buněčné továrny“ – ve fermentorech produkují mléčné proteiny, které jsou poté izolovány a čištěny, a mikroorganismy se tak ve finálním produktu již nenacházejí. Výsledný protein je chemicky téměř identický s proteinem kravského mléka, a proto se toto označuje jako animal-free dairy.

Perfect Day patří mezi první startupy, kterým se podařilo tuto technologii komerčně využít a uvést produkty na trh. Své fermentačně vyráběné mléčné proteiny dodává dalším výrobcům potravin a komercializuje je prostřednictvím partnerství se značkami jako N!CK‘S, Graeter‘s, Nestlé, Myprotein nebo JuiceLand. Zároveň se podílela i na vzniku vlastních spotřebitelských značek, například Brave Robot (výroba zmrzlin). Ve spolupráci se společností Natreve vznikl například produkt Mooless, první syrovátkový protein bez živočišných složek na světě.

Přestože tyto produkty neobsahují laktózu, hormony ani cholesterol, nejsou vhodné pro osoby s alergií na mléčné bílkoviny. Výhodou je však výrazně nižší environmentální dopad – podle společnosti Perfect Day produkuje jejich technologie o více než 90 % méně emisí skleníkových plynů než konvenční mlékárenská výroba.

Perfect Day tak dokazuje, že genetické modifikace dnes nehrají roli pouze v medicíně nebo zemědělství, ale stále více ovlivňují i budoucnost potravinářského průmyslu.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Terapii určenou k léčbě srpkovité anémie a beta-talasémie vyvinuly společnosti Vertex Pharmaceuticals a CRISPR Therapeutics a představuje významný milník v oblasti genové medicíny.

Casgevy (examglogene autotemcel) je určena pacientům starším 12 let trpícím dvěma závažnými dědičnými onemocněními krve – srpkovitou anémií a beta-talasémií závislou na pravidelných transfuzích. U těchto pacientů často bývá ideálním řešením transplantace krvetvorných buněk od dárce, avšak vhodný dárce není vždy dostupný. A právě proto zde přichází na řadu genová terapie využívající pacientovy vlastní buňky.

Léčba začíná odběrem hematopoetických kmenových buněk z pacientovy krve. Tyto buňky jsou následně v laboratoři geneticky upraveny pomocí technologie CRISPR/Cas9. Vědci při této úpravě „vypnou“ gen, který blokuje tvorbu fetálního hemoglobinu (HbF). HbF je forma hemoglobinu běžná u plodu a novorozenců, která dokáže efektivně přenášet kyslík a zároveň zabraňuje deformaci červených krvinek do charakteristického srpkovitého tvaru.

Před navrácením upravených buněk musí pacient podstoupit myeloablativní léčbu – vysoké dávky chemoterapie, která odstraní původní buňky kostní dřeně. Poté jsou geneticky upravené kmenové buňky podány zpět do těla formou jednorázové infuze. Po uchycení v kostní dřeni začnou produkovat zdravé červené krvinky s vyšší hladinou HbF.

Srpkovitá anémie postihuje přibližně 100 000 lidí jen v USA. Terapie Casgevy byla poprvé schválena ve Velké Británii v listopadu 2023, následně získala povolení od americké FDA a evropské EMA, a od roku 2026 se například v Německu řeší také její úhrada zdravotními systémy.

Význam Casgevy spočívá nejen v pomoci pacientům s těmito vzácnými onemocněními, ale také v tom, že otevírá novou éru medicíny. Poprvé v historii je schválená léčba, která dokáže cíleně upravit lidskou DNA a odstranit příčinu genetického onemocnění přímo u jeho zdroje.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Enzym chymosin je klíčový pro srážení mléka a tím i pro výrobu sýrů, protože specificky štěpí κ-kasein, což vede ke srážení mléčných bílkovin a vzniku sýřeniny. Tento proteolytický enzym se původně izoloval ze žaludků mladých přežvýkavců, především telat, což však představovalo omezený zdroj a zároveň vyvolávalo etické otázky. Dnes je proto tradiční živočišný chymosin ve velké míře nahrazen tzv. fermentation-produced chymosinem (FPC), který je produkován pomocí geneticky modifikovaných bakterií, kvasinek nebo vláknitých hub.

Princip spočívá v tom, že do mikroorganismů, jako jsou Escherichia coli, Kluyveromyces lactis nebo Aspergillus niger, byl přenesen gen pro chymosin. Tyto organismy následně během fermentace v bioreaktorech produkují neaktivní prekurzor enzymu – prochymosin, který je po izolaci aktivován na funkční chymosin. Výsledný FPC je strukturálně i funkčně identický s přírodním enzymem. Díky tomuto postupu lze dosáhnout vysoké čistoty a stabilní enzymatické aktivity.

Tato technologie dnes dominuje sýrařskému průmyslu v Evropě i USA. Hlavní výhodou je nejen nezávislost na živočišných zdrojích, ale také lepší kontrola kvality a snadná škálovatelnost produkce. Výsledný enzym zároveň neobsahuje žádné živé mikroorganismy ani jejich DNA, protože prochází důkladnou purifikací.

Moderní produkční systémy jsou navíc technologicky velmi pokročilé – využívají syntetické geny optimalizované pro konkrétní hostitele nebo speciální proteiny (chaperony), které zajišťují správné skládání enzymu. Rekombinantní chymosin tak představuje jeden z nejúspěšnějších příkladů biotechnologické inovace v potravinářství a zásadně změnil způsob výroby sýrů.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

K běžně žijícím bakteriím na povrchu rostlin jsou řazeny např. bakterie Pseudomonas syringae a Pseudomonas fluorescens. Tyto bakterie produkují speciální membránový protein, který funguje jako jádro pro tvorbu ledových krystalů (INP). Zatímco kapičky ultračisté vody bez přítomnosti nukleačních center mohou zůstat v podchlazeném kapalném stavu až do -40 °C, v reálných podmínkách přítomnost částic nebo proteinů umožňuje vznik ledu už při výrazně vyšších teplotách, například kolem -2 až -8 °C.

Právě tato nežádoucí schopnost bakterií je jedním z hlavních důvodů, proč mráz způsobuje obrovské škody v zemědělství – odhaduje se, že globálně dosahují až 2,5 miliardy dolarů ročně. Led vznikající na povrchu rostlin totiž pak narušuje jejich pletiva a může vést až k odumření celé plodiny.

Na základě tohoto poznání byly vyvinuty geneticky modifikované „ice-minus“ (INA⁻) bakterie, u nichž je deaktivován gen (např. inaZ) pro tvorbu tohoto proteinu. Tyto bakterie kolonizují povrch rostlin a konkurují přirozeným INA⁺ kmenům, čímž snižují počet nukleačních center a umožňují podchlazení vody v pletivech bez tvorby ledu, a tím omezují poškození rostlin mrazem, které jinak způsobuje značné ekonomické ztráty.

Tento princip se stal základem pro vývoj různých biotechnologických produktů. Frostban™ je biologický přípravek založený právě na INA⁻ bakteriích, které chrání rostliny před mrazem, zatímco Blightban A506® obsahuje bakterii P. fluorescens a využívá se především k ochraně proti bakteriálním chorobám, s částečným efektem i proti mrazovému poškození. Naproti tomu Snomax® využívá bakterie s nukleační aktivitou pro efektivní výrobu technického sněhu při vyšších teplotách. Vývoj těchto technologií, zejména Frostbanu™, však vyvolal významné environmentální a regulační otázky, a proto se pozornost později částečně přesunula k využití přirozených bakteriálních kmenů v biologické ochraně rostlin.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Celiakie je autoimunitní onemocnění, při kterém organismus negativně reaguje na lepek – směs bílkovin (gliadinu a gluteninu) obsažených v obilovinách, především v pšenici, ječmeni a žitu. U geneticky náchylných jedinců vyvolává nepříjemné bolesti břicha, nadýmání a dlouhodoběji i poškození tenkého střeva. Jedinou účinnou léčbou je zatím pouze celoživotní bezlepková dieta.

V posledních letech se však bezlepkové stravování stalo populárním i mezi lidmi bez diagnózy celiakie. Mnozí jej vnímají jako zdravější alternativu oproti klasickým produktům s lepkem nebo jako způsob, jak zlepšit trávení či podpořit hubnutí. Přestože odborné studie ukazují, že pro zdravou populaci nemá bezlepková dieta jednoznačný přínos a může naopak vést k nedostatku vlákniny či některých živin, poptávka po těchto produktech stále roste.

Na tento trend reaguje i moderní biotechnologie. Vědci se snaží vyvinout pšenici, která by obsahovala méně problematických složek lepku, ale zároveň si zachovala své pekařské vlastnosti. Klíčovou roli zde hrají právě gliadiny – proteiny, které obsahují malé části, které imunitní systém rozpoznává a na něž reaguje. Pomocí metody CRISPR/Cas9 lze cíleně „vypnout“ nebo upravit geny, které tyto proteiny kódují. V dosavadních experimentech se podařilo výrazně snížit množství gliadinů, a tím i imunoreaktivitu lepku, v některých případech až desetinásobně.

Výsledkem je tzv. hypoimunogenní pšenice (pšenice s nižší schopností vyvolat imunitní reakci), která by mohla být lépe tolerována lidmi s citlivostí na lepek. Nejde však o zcela bezlepkovou potravinu, a proto zatím není vhodná pro pacienty s celiakií. Tyto plodiny jsou navíc stále ve fázi výzkumu. Přesto představují slibný krok k vývoji potravin, které by mohly propojit nutriční kvalitu pšenice s nižším zdravotním rizikem i pro menšinu populace s celiakií.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

​Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Moderní přístupy, jako je editace genomu pomocí CRISPR/Cas, umožňují přesně upravovat geny spojené s růstem, fotosyntézou, transportem živin nebo tolerancí vůči stresu a patogenům. Tyto zásahy vedou ke snížení spotřeby hnojiv a současně ke zvýšení efektivity příjmu živin, výnosu i kvality plodin (např. obsah  vitaminů, nutriční hodnota či snížení obsahu toxických látek). Zároveň významně urychlují šlechtění produktivnějších a odolnějších odrůd schopných čelit nepříznivým podmínkám, jako jsou sucho, salinita či teplotní extrémy. 

Konkrétním příkladem mohou být úpravy genů regulujících příjem dusíku u rýže, které vedly ke zvýšení výnosu při nižším hnojení. Editací genů lze v dnešní době ovlivnit také strukturu kořenového systému s cílem hlubšího zakořenění a tím i efektivnějšího využití vody i živin. Tyto úpravy zároveň omezují ztráty dusíku vyplavováním a přispívají k jeho stabilizaci v biomase a půdě. Hlubší a robustnější kořenové systémy mohou navíc ukládat uhlík ve stabilnějších půdních vrstvách, přičemž symbiózy s mykorhizními houbami podporují tvorbu stabilní organické hmoty. Společně tak tyto mechanismy přispívají jak ke zvýšení úrodnosti půdy, tak k dlouhodobému zachycení uhlíku a zmírnění klimatické změny.

Tyto přístupy jsou zásadní v kontextu rostoucí populace, klimatických změn a omezených přírodních zdrojů, které ohrožují globální potravinovou bezpečnost a dosažení cíle „nulového hladu“ do roku 2030. Pokroky v genomice, fenotypování a využití umělé inteligence navíc umožňují cíleně zlepšovat tyto vlastnosti a optimalizovat zemědělské postupy. 

Přestože tato technologie čelí výzvám, jako jsou možné nežádoucí zásahy mimo cílovou sekvenci či regulační a etické otázky, představuje CRISPR/Cas klíčový nástroj pro rozvoj udržitelného zemědělství, zvýšení produktivity a budování odolných zemědělských ekosystémů v podmínkách klimatických změn.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

​Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Tento přístup je součástí širší strategie, jak snížit závislost Japonska na dovozu plodin, jako jsou kukuřice (100 % z dovozu) a sója (94 % z dovozu), a posílit domácí zemědělskou produkci. Modernizace legislativy v roce 2019 navíc zavedla jasná pravidla pro regulaci genetických editací, kdy některé typy úprav (např. cílená mutageneze bez vložení cizí DNA) nejsou považovány za GMO a nepodléhají tak přísným kontrolám. Přesto zůstává důležitý dohled nad bezpečností a dopady na životní prostředí.

Japonsko umožňuje zavádění některých geneticky editovaných produktů na trh bez přísného schvalovacího procesu, pokud neobsahují cizorodou DNA, což výrazně urychluje jejich využití v praxi. Díky tomuto přístupu se již na trhu objevily konkrétní produkty vytvořené technologií CRISPR, například rajče s 5x vyšším obsahem GABA, které může přispívat ke snižování krevního tlaku, nebo geneticky upravené ryby s lepšími reprodukčními vlastnostmi. U pražmana japonského (red sea bream) byl například „vypnut“ gen pro myostatin, který omezuje růst svalů, což vedlo k rychlejšímu růstu a až o 20 % větší velikosti při stejném množství krmiva. U čtverzubce rudoploutvého (tiger puffer) byly upraveny geny receptoru leptinu regulující příjem potravy, díky čemuž ryby více přijímají potravu, rostou rychleji a mohou být až 1,9x těžší než běžní jedinci. Vývoj těchto produktů navíc pokračuje – v roce 2023 bylo oznámeno schválení další geneticky editované ryby, japonského platýse (hirame), což potvrzuje rostoucí význam nových biotechnologií v moderním chovu ryb.

Zajímavostí je, že japonskou veřejností jsou nové produkty upravené pomocí CRISPR přijímány spíše pozitivně, což ukazuje, že moderní biotechnologie mohou být vnímány jako bezpečný a efektivní nástroj pro zajištění potravinové soběstačnosti a udržitelného zemědělství.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

​Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Diabetes mellitus je chronické onemocnění způsobené nedostatkem inzulinu nebo sníženou citlivostí buněk na tento hormon. Projevuje se zvýšenou hladinou glukózy v krvi (hyperglykémií), která může při dlouhodobém trvání vést k poškození řady orgánů, například ledvin, srdce, cév, nervového systému nebo sítnice. Počet lidí s diabetem neustále roste a dnes se odhaduje na více než 370 milionů pacientů.

Po mnoho desetiletí se inzulin získával ze slinivek prasat a skotu, což však přinášelo problémy s proměnlivou kvalitou i rizikem imunitních reakcí. Zásadní průlom přinesl rozvoj genetického inženýrství na konci 70. let, kdy vědci navrhli a syntetizovali geny pro řetězce lidského inzulinu a exprimovali je v bakterii Escherichia coli. V roce 1982 byl na trh uveden dokonce první rekombinantní lidský inzulin Humulin – první léčivo vyrobené pomocí technologie rekombinantní DNA schválené pro klinické použití.

Dnes se lidský inzulin vyrábí především pomocí geneticky upravených mikroorganismů, zejména bakterií E. coli nebo kvasinek Saccharomyces cerevisiae. Gen kódující inzulin je vložen do plazmidového vektoru a zaveden do hostitelského organismu (bakterie nebo kvasinka), který během kultivace v bioreaktoru produkuje proinzulin. Ten je následně purifikován a enzymaticky upraven na biologicky aktivní hormon. Takto získaný rekombinantní inzulin má vyšší čistotu, nižší riziko imunologických reakcí a umožňuje také výrobu různých inzulinových analogů s upravenými farmakokinetickými vlastnostmi.

Výzkum se navíc zaměřuje i na nové produkční systémy, například transgenní rostliny, které by mohly umožnit levnou a velkokapacitní výrobu inzulinu. Experimentálně byl například rekombinantní proinzulin exprimován v semenech modelové rostliny Arabidopsis thaliana, kde se ukládal do tzv. olejových tělísek – zásobních organel obsahujících lipidy. Takový systém by mohl v budoucnu nabídnout stabilní a ekonomicky výhodnou produkci inzulinu. Biotechnologie tak hrají klíčovou roli v zajištění dostupnosti tohoto životně důležitého léčiva pro stále rostoucí počet pacientů.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

​Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Mnoho rostlin i živočichů dnes čelí rychlým změnám prostředí způsobeným ničením stanovišť, šířením nových patogenů nebo změnou klimatu. Tempo úbytku některých druhů je přitom nevídané – např. analýzy semenných rostlin ukazují, že současná míra jejich vymírání je přibližně pětsetkrát vyšší než přirozené tempo dříve v minulosti. Tradiční ochranářská opatření, jako je ochrana přírody, chov v zajetí nebo přesuny jedinců mezi populacemi, sice mohou zabránit úplnému vyhynutí, často ale nedokážou obnovit genetickou rozmanitost, která je pro přežití druhů velmi důležitá.

Genetickou rozmanitost lze přirovnat k „zásobníku možností“, díky kterým se mohou organismy přizpůsobit změnám prostředí. Pokud je populace malá a izolovaná, jedinci se často kříží mezi sebou a postupně se v ní mohou hromadit škodlivé genetické změny. Druh pak může být slabší, méně plodný a hůře odolávat nemocem nebo změnám klimatu.

Jak velká je genetická rozmanitost ohrožených druhů, dnes dokáží vědci zjistit pomocí genetických markerů v DNA. Díky nim lze také rekonstruovat historii populací a navrhovat vhodné strategie ochrany. Mimo analyzování DNA, lze tuto molekulu také velmi cíleně upravovat, například metodou CRISPR-Cas. Teoreticky je tak možné odstranit škodlivé mutace, zvýšit odolnost vůči chorobám nebo stresu způsobeného změnou klimatu. Genetické informace lze také využít při výběru jedinců pro rozmnožování tak, aby měli větší šanci přežít a předat své vlastnosti dalším generacím.

Přestože tyto přístupy nabízejí nové možnosti ochrany biodiverzity, jsou spojeny s řadou technických, ekologických i etických otázek. Genetické zásahy proto mohou sloužit především jako doplněk tradičních ochranářských strategií a musí být vždy pečlivě posouzeny. Pokud budou využívány odpovědně, mohou v budoucnu představovat důležitý nástroj v boji proti vymírání druhů.

Více informací na toto téma můžete najít zde:

​Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Panamská choroba TR4 napadá kořenový systém banánovníků, připravuje rostliny o živiny a nakonec je usmrcuje. V současnosti proti ní neexistuje žádná účinná léčba a vzhledem k tomu, že patogen dlouhodobě přežívá v půdě, nelze již v zasažených oblastech pěstovat většinu banánových odrůd, včetně celosvětově nejrozšířenějšího banánu Cavendish. Právě tato skutečnost představuje zásadní riziko pro globální produkci banánů, která je do značné míry závislá jen na jediné odrůdě.

Jako možné řešení proto vědci vyvinuli geneticky modifikovanou odrůdu banánu QCAV-4, která je vůči chorobě TR4 téměř imunní. Tato GM odrůda vznikla vložením genu z planého banánu Musa acuminata ssp. malaccensis, přirozeně odolného vůči této chorobě, do genomu banánu Cavendish. Nejedná se tak o přenos genu mezi nepříbuznými organismy, ale o využití funkční verze genu, který je u banánů již přirozeně přítomen.

Po více než sedmi letech polních pokusů získali vědci v Austrálii souhlas regulačních orgánů k uvolnění GM banánu QCAV-4 pro lidskou spotřebu. Přesto je tento GM banán vnímán především jako „záložní varianta“ pro případ, že by se choroba TR4 začala nekontrolovaně šířit. To je obzvláště důležité pro Austrálii, protože 97 % produkce tvoří právě odrůda Cavendish. Výzkum tímto však nekončí a bude pokračovat i s ohledem na další závažné choroby, jako je třeba černá sigatoka (černá listová skvrnitost banánovníku).
 
Zdroje:

​Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Plísně nás obklopují na každém kroku. V běžném životě si je často spojujeme s jejich negativními vlastnostmi. Tyto drobné organismy totiž mohou být příčinou celé řady zdravotních komplikací, včetně podráždění dýchacích cest, infekcí kůže a sliznic či různě závažných alergických reakcí. Některé druhy navíc produkují mykotoxiny, toxické látky, které se mohou vyskytovat v potravinách a po konzumaci poškodit životně důležité orgány, jako jsou játra či ledviny. 

Připomeňme si však i druhou stranu mince – plísně jako neopominutelné pomocníky člověka. 

V první řadě je jistě nutné se zmínit o plísni Penicillium chrysogenum, jakožto producentovi penicilinu, antibiotika, které díky siru Alexanderu Flemingovi od doby svého objevení zachránilo již miliony životů. Plísně jsou však využívány i při výrobě celé řady dalších farmaceuticky významných látek, například dalších typů antibiotik, statinů (lovastatin, pravastatin), které jsou hojně předepisovány pacientům s vysokými hladinami cholesterolu, nebo cyklosporinu, využívaného jako imunosupresiva. 

Druhou oblastí, do které plísně a jejich produkty výrazně zasahují, je potravinářský průmysl. Plísně jsou zde aplikovány například při výrobě sýrů (Roquefort, Camembert), sójové omáčky, misa, saké či některých druhů uzenin. Zároveň jsou plísně významnými producenty enzymů (například amylas, pektinas či celulas), přičemž některé z nich nacházejí uplatnění nejen v potravinářském průmyslu, ale i v odvětvích zabývajících se výrobou biopaliv. Mezi nejvýznamnější látky produkované pomocí plísní patří i kyselina citronová, často používané dochucovadlo a konzervant a zároveň složka řady čistících a kosmetických výrobků. 

S rostoucími znalostmi metabolických vlastností plísní a zároveň s rozvojem molekulové genetiky se možnosti aplikace těchto organismů postupně rozšiřují i do řady dalších oblastí, včetně textilního průmyslu, zemědělství, výroby bioplastů či bioremediace. Není tedy divu, že výzkum plísní je v současné době aktuálnější než kdy dříve. 

Zdroje: 

Autorka textu: Eva Benešová, editorka textu: Tereza Branyšová​​

Pšenice představuje klíčovou základní potravinu pro miliardy lidí po celém světě a je pěstována na přibližně 200 milionech hektarů zemědělské půdy, což je jen pro představu plocha přibližně 25 krát větší než rozloha ČR. Navzdory svému zásadnímu významu však byla v rámci moderních biotechnologických přístupů po dlouhou dobu spíše upozaděna ve srovnání s jinými plodinami.

Geneticky modifikovanou odrůdu pšenice HB4 vyvinula argentinská společnost Bioceres Crop Solutions Corp. ve spolupráci s francouzskou firmou Florimond Desprez. Tato odrůda se vyznačuje zvýšenou odolností vůči suchu oproti běžným konvenčním odrůdám, což zemědělcům umožňuje zvýšit výnosy na hektar až o 20 %. Odolnost vůči nedostatku vody je dána přítomností transkripčního faktoru hahb-4, pocházejícího ze slunečnice roční, který reguluje expresi genů zapojených do odpovědi rostliny na dehydrataci.

Samotné schválení GM pšenice HB4 argentinskou vládou bylo přijato spíše pozitivně, avšak vyvolalo i vlnu kritiky ze strany části zemědělců a ekologických organizací. Ti vyjadřovali obavy zejména ze snížení mezinárodní reputace Argentiny a z možných negativních dopadů na ekonomiku, jelikož země značnou část své produkce pšenice vyváží.

Schválení GM pšenice HB4 k pěstování a konzumaci v Argentině proběhlo v říjnu 2020. Její komercionalizace však byla podmíněna současným schválením v Brazílii, která patří mezi největší odběratele argentinské pšenice. K oficiálnímu schválení této GM odrůdy v Brazílii došlo až v roce 2023.
 
Zdroje:

​Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​

Akrylamid je vysoce toxická látka s neurotoxickými a potenciálně karcinogenními účinky. V organismu se metabolizuje na glycidamid, který tvoří komplex s DNA a proteiny. Původně se předpokládalo, že zdrojem toxicity byla pracovní expozice a kouření, nicméně později se ukázalo, že hlavním zdrojem expozice akrylamidu standardní populace je strava. Konkrétně bylo zjištěno, že se akrylamid tvoří v běžně konzumovaných potravinách, zejména při smažení, pečení a pražení, a je proto klasifikován jako kontaminant vznikající při zpracování potravin. Jeho tvorba úzce souvisí s hnědnutím potravin, což jeho snižování komplikuje – stejné chemické reakce totiž zároveň vytvářejí žádoucí chuť i barvu.

Pozornost se proto soustředí na omezení jeho vzniku, a to jak úpravami technologických postupů, tak změnou používaných surovin. U brambor je klíčová koncentrace redukujících cukrů a asparaginu (látky, ze které akrylamid při vysokých teplotách vzniká), ovlivněná odrůdou a skladováním. A proto vědci pomocí moderní metody CRISPR-Cas9 cíleně upravili dva geny v bramborách, které souvisejí právě s tvorbou cukrů a asparaginu. Díky těmto úpravám se v hlízách po skladování v chladu tvořilo méně cukrů a výsledkem pak bylo, že z takto upravených brambor vznikaly při smažení světlejší brambůrky s výrazně nižším obsahem akrylamidu – až o 85 % méně. Studie tak ukazuje, že genetická editace může pomoci vyšlechtit lepší odrůdy brambor, ze kterých se budou vyrábět zdravější bramborové výrobky.
 
Více informací na toto téma můžete najít zde:

​Autorka textu: Kristýna Kliková, editorka textu: Tereza Branyšová​​​​​​