8.4.2016
1
Antropologie a moderní
trendy v biologii
Jaroslav PETR petr@vuzv.cz
VÚŽV v.v.i.
Biotechnologie
„Jakákoliv technologie využívající za
specifickým účelem biologické
systémy, živé organismy a jejich
produkty k tvorbě nebo proměně
produktů či procesů.“
OSN Smlouva o biodiversitě
8.4.2016
2
Pěstování zelí a jeho
kysání – biotechnologie?
Biotechnologie
Těží z mnoha vědních oborů
 Genetika
 Molekulární biologie
 Buněčná biologie
 Mikrobiologie
 Biochemie
 Embryologie
aj.
8.4.2016
3
Biotechnologie
Genetické
modifikace
Klonování
ESC a
buněčné
terapie
Přinášejí biotechnologie
zásadní zvrat?
Otvíráme Pandořinu skříňku?
8.4.2016
4
Člověk mění svět
Panenské pralesy?
Francisco de Orellana
1500 – 1549
1541-2 - splutí Amazonky
deníky Gaspara de Carvajal
8.4.2016
5
Změna rostlin a zvířat
domestikací
„Všechny zásadní objevy procházejí
třemi etapami. Nejprve jsou
zesměšňovány, následně zuřivě
popírány, aby byly nakonec přijaty
jako naprostá samozřejmost.“
Arthur Schopenhauer
8.4.2016
6
Benjamin Franklin
 Červen 1752
8.4.2016
7
Edward Jenner - 1798
Od poklidných protestů…
8.4.2016
8
… přes politické a právní
kroky …
… po násilí
1789 1999
2004
2009
8.4.2016
9
Snahy omezit nebo
zakázat biotechnologie
Zvláště silné v EU
 Genetické modifikace
 Klonování savců
 Embryonální kmenové buňky
Lidé poměřují
rizika a přínosy
8.4.2016
10
Významný přínos
vyváží i velká rizika
 ČR 2012
81 404 dopravních nehod
681 lidí usmrceno
2996 lidí zraněno těžce
22590 lidí zraněno lehce
Hmotné škody 5 mld. Kč
Pro pohodlí se vystavujeme
smrtelným rizikům
 Všichni vědí o negativním
vlivu pasivního životního
stylu na lidské zdraví a
přesto roste počet
obézních a následně i
počet lidí s cukrovkou
druhého typu, rakovinou a
kardiovaskulárními
chorobami.
8.4.2016
11
Významný přínos vyváží
i neznámou míru rizika
Užívání mobilních
telefonů se bouřlivě
rozvíjelo i v době, kdy
Světová zdravotnická
organizace nebyla s to
dát jednoznačnou
záruku, že záření nemá
negativní vliv na lidské
zdraví.
Technologie mohou být snadno
odmítnuty
 Není zjevný přínos pro konkrétního
spotřebitele
 Jejich princip je komplikovaný
 V povědomí lidí jsou spojovány s
negativními fenomény
8.4.2016
12
Veřejnost
 Snadno podléhá emocím
 Je přístupná jednoduchým „příběhům“,
které jsou nabízeny všemi
informačními kanály
 Náchylná uvěřit ve „spiknutí“
 Vyžaduje důkazy „neexistence rizika“
Zájmové skupiny
 Nevládní organizace
 Politické strany
 Obchodní řetězce
 Výrobci
8.4.2016
13
Odborníci
 Odmítají se bavit s laiky
 Když už se baví, tak odmítají
přizpůsobit komunikaci veřejnosti
 Vysvětlení principu technologie je
složité
nezáživné
 Nemohou dokázat „neexistenci“
Vzniká černobílé vidění nepodložené
fakty
Přírodní vs. Umělé
 Přírodní je „dobré“
 Umělé je „špatné“
ALE
 Přírodní katastrofa
 Umělá ledvina
8.4.2016
14
Ekologické zemědělství
chrání přírodu
Ekologičtí zemědělci
vyselektovali
ekologickým
postřikem obaleče
jablečného
rezistentního
k bakulovirům
Ekologické zemědělství
poškozuje přírodu
8.4.2016
15
Konvenční zemědělství
ničí přírodu
Konvenční zemědělství
chrání přírodu
 V EU vynaloženy velké prostředky
na ekologické hospodaření
 Vědecká pozorování prokázala
- ptáci upřednostňují intenzivně
obhospodařované území
- počty i druhová pestrost jsou vyšší
8.4.2016
16
Co přinášejí a čím hrozí
genetické modifikace?
Specifika genomů vyšších
rostlin
 Rostliny mají v genomu i 25 Gbp
(např. některé borovice)
 Geny mají v průměru 4 kbp
 Promotory 1 kbp
 Strukturní geny 3 kbp
 Počet genů může být vyšší než u
obratlovců (pšenice asi 80 000
genů – pseudogeny)
8.4.2016
17
Huseníček Thalův
(Arabidopsis thaliana)
Jeden z nejmenších genomů
mezi vyššími rostlinami.
Kompletně „přečten“ - 25 498 genů
Nediferencované rostlinné
pletivo - kalus
Lze pěstovat na živných půdách
Vyžadují auxiny
(např. kys.  indolylmáselná)
cytokininy
(např. kinetin)
Polyploidie, aneuploidie
Amplifikace i deamplifikace DNA
8.4.2016
18
Z buněk vypěstované
rostliny změnou přídavku
růstových faktorů
jedle
Somatoklonální variabilita
V důsledku genetických
změn při kultivaci mají
tyto rostliny jiné
vlastnosti než původní
rostlina. Dochází k
selekci
nejživotaschopnějších
buněk.
8.4.2016
19
Metody genetické
modifikace
80 m
Agrobacterium
tumefaciens
 Půdní bakterie
 Proniká do
rostlin
 Vyvolává
tvorbu nádorů
 Nádory rostou
v kultuře bez
auxinů a
cytokininů
8.4.2016
20
Nádor produkuje:
 Auxiny
 Cytokininy
růst nádoru
 Opiny
výživa agrobakterií
manopin
Dědičná informace
A. tumefacines
 Bakteriální chromozom
 Plasmid
8.4.2016
21
Agrobacterium tumefaciens
přenáší do jaderného
genomu rostliny část
plasmidu
Geneticky modifikované
A. tumefaciens
 Funguje jako
„trojský kůň“
 „Pašuje“ námi
„podvržené“
geny do genomu
rostlin
8.4.2016
22
Pro selekci „povedených“
bakterií
 Selekční gen pro
rezistenci k
antibiotikům
8.4.2016
23
Pro selekci úspěšně
transformovaných
rostlinných buněk
 Selekční geny pro
odolnost k
antibiotikům
 Selekční geny pro
odolnost k
herbicidům
 Markerové geny –
např. GFP
Genové dělo
8.4.2016
24
Metody tvorby geneticky
modifikovaných organismů
V zemích EU – techniky dány výčtem
 Přibývá neustále nových technik pro cílené
zásahy do dědičné informace
 Příslušné orgány EU nestačí rozhodovat o
nových technikách
 Rozhodování
Neřídí se výsledným fenotypem
Hlavní kriterium je reálná detekce
Verdikt expertů nemusí respektovat
politici
Výsledek:
 Máme organismy s cíleně
pozměněnou dědičnou informací a
nevíme, jestli se na ně vztahuje
přísná evropská legislativa pro GMO
8.4.2016
25
K čemu jsou genetické
modifikace rostlin?
 Dnes pomáhají
především
pěstitelům
 Spotřebiteli
nepřinášejí přímý
efekt
 GM rostliny
dalších generací
– přínos
spotřebiteli
Odolnost rostlin
k herbicidům
Totální herbicid Roundup
Derivát glycinu
Člověku neškodí ani dávka z 0,5 ha
8.4.2016
26
Ničí spolehlivě všechny vyšší
rostliny
Gen pro
enzym rozkládající glyfosát
enzym, který mu odolá
8.4.2016
27
Usnadňuje pěstování
– boj s plevelem
Riziko vzniku
rezistentních plevelů
8.4.2016
28
Sója odolná vůči herbicidům
Více než 60% ploch na světě
90% v USA oseto RR sójou
U nás povolena pro dovoz a zpracování
Rostliny odolné proti
škůdcům
8.4.2016
29
Bacillus thuringiensis
 - endotoxin
 zásadité
prostředí
 odštěpení
obou konců
 vazba na
receptor
 agregace
 perforace
střeva
Specifický účinek na danou čeleď hmyzu.
8.4.2016
30
Obaleč Choristoneura fumiferana
Kanada na balzámové jedli
Používá se jako ekologický
insekticid
obvykle směs delta toxinů
KUKUŘICE
- rozmach škůdců
8.4.2016
31
Zavíječ kukuřičný v roce 1990
Poškození hmyzími škůdci
vyvolává napadení plísněmi
 další škody
 mykotoxiny
8.4.2016
32
Bt- kukuřice
odolná vůči hmyzím škůdcům
Je povolena k pěstování v EU.
Po vstupu do EU se může pěstovat i v ČR.
V roce 2008 se jí zaselo 8000 ha
V roce 2012 se jí zaselo 3 050 ha
Polní pokusy - Itálie
Výnos vyšší až o 43%
Hladiny fumonisinů nižší 130krát
Bt- kukuřiceKonvenční
kukuřice
8.4.2016
33
Rizika vzniku rezistentních
škůdců
 Rezistence je dědičná
 Založena recesivně
 Musí se udržovat refugia, kde
nebudou škůdci vystaveni
selekčnímu tlaku
 Křížením vzniknou
heterozygoti, kteří jsou na Bt
citliví
Rezistence vzniká na všechny pesticidy
Rezistence na Bt-toxin
 Na polích u Bt-plodin – byla zjištěna
výjimečně u zastaralých linií bavlníku
 Opakovaně vznikla po ekologických
postřicích toxiny z B. thuringiensis
zápředníček polní
kovolesklec cizokrajný
8.4.2016
34
Rezistence obaleče
na bakuloviry
 Ekologičtí zemědělci
 Rezistence je dominantní
Brambor Amflora
2010 - schválen pro pěstování v EU
Antisense DNA ke genu GBSS
Narušení syntézy amylózy
Změna složení škrobu
Amylóza ve stopových množstvích
Většinu škrobu tvoří amylopektin
2012 – ukončeno pěstování v Evropě
8.4.2016
35
Pro spotřebitele
 Pšenice E82
bez glutenu pro celiaky
 Soja Plenish
zvýšený obsah
kyseliny olejové
Další genetické
modifikace
 Odolnost k virům
 Změna kvality produktů
změna v obsahu a kvalitě tuků
zvýšení obsahu vitamínů, AA
produkce enzymů – fytáza
 Produkce medikamentů
 Fytoremediace půdy
 Jedlé vakcíny
8.4.2016
36
Jedlé vakcíny
 Ročně umírají 3 miliony dětí
na choroby, před kterými
spolehlivě chrání očkování
 Každoročně se rodí 30 milionů dětí,
které nemají ani základní očkování
 Za 17 $ lze zajistit očkování
obrna, záškrt, TBC, černý kašel,
spalničky, tetanus
Jedlé vakcíny
 Na některá místa nelze
vakcíny dopravit
 Pěstování GM plodin s
expresí antigenů
 Místní zdroj pro vakcinaci
8.4.2016
37
Boj s hladem a chudobou
 1,2 miliardy lidí vydělává
méně než 1 dolar denně
 800 milionů trpí hladem
 6 milionů dětí do 5 let umírá
= předškolní populace Japonska
Příjem energie cal/den
8.4.2016
38
Denní porce 1 100 milionů
chronicky hladovějících lidí
Dětská podvýživa
8.4.2016
39
Hlavní příčiny hladu
 Ozbrojené konflikty
 Klimatické změny
 AIDS
Růst populace
 Nezpomalil se
 Denně se rodí 250 000 dětí
 Při tomto tempu přibude 1 miliarda lidí
za deset let
 Z toho
rozvinuté země 56 milionů
nejchudší země světa 900 milionů
8.4.2016
40
Čerpání přírodních zdrojů
- ničení biotopů
Cerrado
8.4.2016
41
Důvody hladu v Africe
 Afričané potřebují k přežití výnos
alespoň 1 tunu z hektaru.
 Potenciál afrických polí je
3 tuny na hektar.
 Tento potenciál
se nedaří naplnit.
 Výnosy často klesají
pod 1 tunu z hektaru
Nedostatek živin v půdě
Hnojiva jsou mnohonásobně dražší než v Evropě.
8.4.2016
42
Plevele, choroby, škůdci
Sucho
Voda je v některých oblastech stejně drahá jako umělé hnojivo
8.4.2016
43
Vlivy na výnosy
t/ha
3
2
1
Nedostatek živin
Plevele, choroby, škůdci
Sucho
HRANICE PŘEŽITÍ
Možnost boje s hladem
t/ha
3
2
1
Nedostatek živin
Plevele, choroby,škůdci
Sucho
HRANICE
PROSPERITY
Místní hnojiva
Nezávadná osiva a sadba
Odolné odrůdy
8.4.2016
44
Nové odrůdy
 Klasické šlechtění
pomalé
dostává se na hranice možností
 Genetické modifikace
rychlé
zatím nejsou jasné jeho limity
1998 - GM papája odolná k viru
pěstuje se na Havaji a v JV Asii
8.4.2016
45
Rezistence k suchu
 Zvýšení exprese fytohormonu cytokininu
brání shazování listů za sucha
 Rostliny snášejí dlouhodobě sucho
 Vystačí s 30% vody při 12% redukci výnosu
 Vyvíjejí se k suchu rezistentní linie
rajčata
rýže
pšenice
Rezistence k zasolení půd
 Řepka - exprese genu AtNHX1 z huseníčku
Transport Na iontů do vakuol až do 6%
sušiny
 Vyloučí Na z cytoplasmy
 Udrží osmotický tlak
pro příjem vody
 Výnos semen je
ovlivněn jen nepatrně
8.4.2016
46
Boj s podvýživou
„zlatá rýže“
Avitaminóza A
- 250 milionů lidí
 Ročně
200 tisíc dětí oslepne
2,5 milionu lidí zemře
 40 gramů „zlaté rýže“
denně pokryje potřebu
 Stravu obohatit o tuky
 Je k dispozici 10 let
 Stále se nepěstuje
Maniok  Základ výživy - 600 mil. lidí
 V Africe -250 milionů lidí
(40% obyvatel)
 Odolnost k virům
ročně ztráty 45 milionů tun
 Gen pro metabolismus
škrobu z E. coli
2,5krát větší kořeny
2krát více kořenů
8.4.2016
47
GM plodiny v Africe
AFRIKA - SUCHO OD ROKU
2001
8.4.2016
48
Opakovaná katastrofální
neúroda
HLAD OHROZIL NA ŽIVOTĚ
20 – 40 MILIONŮ LIDÍ
8.4.2016
49
Miliony lidí oslabených
hladem zemřou na
infekční choroby
Nejvíce jsou
ohroženy
 Děti
 Matky
 Staří lidé
The civil
Dovezená potravinová
pomoc obsahuje GM
kukuřici
8.4.2016
50
Zambijský president Mwanawasa:
„GM food is poison!"
Distribuce potravinové
pomoci zastavena
Důvody odmítání GM
kukuřice:
Farmáři vysejí zrno z potravinové
pomoci
Začne pěstování GM plodin
Kontaminace exportních produktů
„geny“
Kontaminace medu pylem
EU přestane dovážet
 Odvolání na stanovisko BMA
8.4.2016
51
Vliv GM rostlin na životní
prostředí
Bt kukuřice vs.
monarch stěhovavý
 V laboratoři krmeny
housenky monarcha
klejichou poprášenou
pylem z Bt kukuřice
 Housenky masově
hynuly
Vyhubí Bt kukuřice motýla?
8.4.2016
52
Výsledky experimentů
nebyly potvrzeny
 Housenky se vyhýbají
plevelům poprášeným pylem
 Šlo o odrůdu s vysokým
množstvím Bt v pylu
 Tato odrůda se nikdy
nepěstovala na polích.
Bt kukuřice mu svědčí
– klesá spotřeba insekticidů.
Ohrožuje ho kácení lesů v Mexiku.
Bt plodiny a chrostíci
 Bt-kukuřice
 Z polí se uvolňuje Bt-toxin
do potoků
 V laboratoři se ve vodě s
Bt-toxinem nedaří larvám
chrostíků
 Znamená to, že v okolí polí
s Bt-kukuřicí vymírají
chrostíci?
 Jsou chrostíci v potocích u
kukuřičných polí?
8.4.2016
53
Bt-plodiny a včely
 Povinně se testuje, zda nektar či pyl
Bt-plodin neškodí včelám
 Nebyl prokázán negativní vliv
 Bt-proteiny nejsou cíleny na
blanokřídlý hmyz
 Pozitivní vliv na potlačení zavíječe
voskového
Bt-plodiny vs.
parasitoidi a predátoři
 Parasitoidů a hmyzích predátorů může
být v porostech Bt-plodin méně,
protože je tam méně hmyzích škůdců
 Není však přímý vliv na četnost a
druhovou pestrost parasitoidů a
hmyzích predátorů
8.4.2016
54
Bt-plodiny vs.
půdní mikroorganismy
Mikroorganismy
 Těžké posoudit – neznáme je
 Mění se v závislosti na mnoha
faktorech
Půda, počasí, plodina, odrůda,
agrotechnika, sezóna aj.
 Tyto výkyvy jsou větší než změny
vyvolané pěstováním Bt-plodiny
Bt-plodiny vs.
půdní makroorganismy
Makroorganismy
Např. hlístice, stinky, chvostoskoci,
roztoči, kroužkovci
Jejich četnost a druhové složení se s
pěstováním Bt-plodin mění
Jiné faktory ale způsobují ještě větší
změny – např. osevní postupy, změny
odrůdového složení aj.
8.4.2016
55
Britské studie biodiverzity
Vliv pěstebních postupů GM plodin
odolných k herbicidům na biodiverzitů polí.
GM řepa
 Méně plevelů
 Méně včel
 Méně semen
 Méně
semenožravých
brouků
 Méně ptactva
 Více chvostoskoků a
jejich predátorů
8.4.2016
56
GM řepka
 Méně plevelů
 Méně včel
 Méně motýlů
 Méně semen
plevelů
 Méně
semenožravých
brouků
 Méně ptactva
 Více chvostoskoků
a jejich predátorů
GM kukuřice
 Ve všem lepší než
tradiční kukuřice
 Tradiční kukuřice
postihuje
biodiverzitu mnohem
více než jakákoli jiná
plodina
 Platí i po zákazu
atrazinu
8.4.2016
57
GM řepa
S jinou agrotechnikou
a jinou organizací
porostů.
Výrazně vyšší
biodiverzita rostlin i
živočichů na poli a v
okolí než u porostů
konvenční řepy.
Klasické plodiny už vytlačily
planě rostoucí druhy
 Vojtěška – Švýcarsko
 Rýže - Tajwan
Medicago falcata
Oryza rufipogon
8.4.2016
58
Medicago falcata
Klasické plodiny už vytlačily
planě rostoucí druhy
Medicago sativa
 Vojtěška – Švýcarsko
 Rýže - Tajwan
Oryza sativa
Laskavec
Amaranthus hybridus
Vznikají spontánně
např. železniční náspy
ATRAZIN
Riziko vzniku rezistence
proti herbicidům u plevelů
8.4.2016
59
Vznik mezidruhových
hybridů
Laskavce
Vznikají spontánně
Je to přirozený mechanismus
vzniku nových druhů.
Řepka a planá brukev
Výskyt hybridů ve Velké Británii
8.4.2016
60
Celkem 50 000 hybridů
Brukev hojná u řek
Často v těsném sousedství
polí s řepkou
Hybridizace a introgrese
 Dochází k přenosu pylu?
 Dochází ke křížení?
 Vznikají životaschopné hybridy?
 Vytváří hybrid stabilní populaci?
 Kříží se hybridy s původním druhem?
 Kříží se opakovaně?
 Přináší nový gen selekční výhodu?
8.4.2016
61
Genetické modifikace
živočichů
Od Algernon …
(1959)
Daniel Keyes
8.4.2016
62
…k Doogie
(1999)
Zvýšení skóre v myších „IQ testech“ 5x
Joe TsienHobbie-J (2009)
Pamatuje si 3x déle
 Činnost genu NR2B
v mozku s věkem slábne
 Zásah do dědičné informace posílením
funkce genu NR2B v mozku
 Omlazení mozku
8.4.2016
63
Metody tvorby geneticky
modifkovaných savců
Mikroinjekce do
prvojádra zygoty
8.4.2016
64
Retroviry
Mikroinjekce retrovirového
vektoru do zralého oocytu
8.4.2016
65
Mikroinjekce retrovirového
vektoru do embrya
 Kosman bělovousý (2009)
Model pro lidské choroby
 Výhody oproti makakům
vyšší reprodukce
kratší generační interval
Lentivirové vektory
 Hraboš prérijní
8.4.2016
66
Zinc finger nukleázy
Zinc finger nukleázy
 „Zinkové prsty“ - zhruba 30 AA
držených zinkovým iontem
 Objeveny v roce 1986
 Součást transkripčních faktorů
 Určují místo vazby na DNA
– tři báze v DNA na jeden „prst“
8.4.2016
67
 Kombinace tří „zinkových prstů“
stačí na určení specifického místa
v genomu
 Navedou na něj nukleázu
 Ta dimeruje a štípne DNA
 Nastartují reparační procesy
 Homologní rekombinací se
zabuduje dodaná sekvence –
frekvence homologní
rekombinace roste na 1:1000
Zinc finger - nukleázy
8.4.2016
68
Zinc finger - nukleázy
 Mikroinjekce
do embrya
 Lze provést
cílený
knockout
 Lze
dosáhnout
homologní
rekombinace
TALEN
Bakterie Xanthomonas
ovládá geny
hostitelské rostliny
speciálními
bílkovinami -
transkripčními
aktivátory. Ty se
vážou na zcela určité
sekvence v genomu
hostitelské rostliny.
8.4.2016
69
TALEN
 Pro určení specifické sekvence v
modifikovaném organismu se vytváří
speciální protein
transcription-activator like (TAL)
efector protein konstruovaný podle
proteinů (transkripčních aktivátorů)
bakterie Xanthomonas
TALENy
 Pro štěpení DNA se na Tal efektorový
protein naváže nukleáza Fok1
 Při injekci mRNA do cytoplasmy zygoty
účinnost knockoutu kolem 75 %
8.4.2016
70
Systém CRISPR-Cas
Prokaryotní „imunitní systém“
40 % bakterií
90 % archeí
Systém CRISPR-Cas
 Synteticky připravené crRNA
 Cílí na specifické místo genomu
8.4.2016
71
Systém CRISPR-Cas
 KO i homologní rekombinace
 RNA – snazší příprava a nižší cena
 Lze připravit crRNA pro libovolné sekvence
 Vysoce specifické –
rozliší rozdíl i v jediné bazi
 Vysoce účinné – 90 %
na obou chromozomech
několik zásahů najednou
Systém CRISPR-Cas
Simultánní vyblokování
 2 genů
 i homozygotně
2013 - makak
8.4.2016
72
CRISPR-Cas
aktivace a suprese genů
 Nefunkční Cas9 – neštípe DNA, ale
slouží jako nosič pro represor
 crRNA nasměruje represor do blízkosti
cílové sekvence DNA
CRISPR-Cas
aktivace a suprese genů
 Nefunkční Cas9 – neštípe DNA, ale
slouží jako nosič pro aktivátor
 crRNA nasměruje aktivátor do blízkosti
cílové sekvence DNA – zahájí
transkripci mRNA
8.4.2016
73
Mutagenní řetězová reakce
MCR
 Vyblokování druhé alely z 97 %
Ethan Bier
UC San Diego
Valentino
GantzScience -2015
Mutagenní řetězová reakce
MCR
 Při křížení s nemutovanými
homozygoty mají kříženci
vyblokované oba geny
(nad 95 %)
 Pokud je nositelem mutace
1% jedinců, převládnou
nositelé mutace v populaci
za 10 generací
 Otázka biologické
bezpečnosti
8.4.2016
74
Spermie jako vektor
IVF spermatem
s bakteriální kontaminací
 Experimentálně u myší prokázána
přítomnost bakteriálních sekvencí v
genomu
8.4.2016
75
Enukleace oocytu
Přenos somatické buňky pod zonu cytoplastu
Přenos jader
8.4.2016
76
Ian Wilmut
Roslin Institute
Skotsko
Ovce Dolly
Klony domácích zvířat
1996 1998
1998
1998
2000
2001
2002
8.4.2016
77
K čemu jsou
GM živočichové?
Pouhý „kapric“ biologů?
Poznání funkce genů
8.4.2016
78
Klony s genem pro lidský antitrypsin
léčba rozedmy plic
Živé bioreaktory
Srážlivý faktor VIII a IX
léčba hemofilie
Živé bioreaktory
8.4.2016
79
První lék
z „živých bioreaktorů“
 Atryn
GTC Biotherapeutics
 Povolen v EU 2006
v USA 2009
 Antitrombin
Potlačení nežádoucí
srážlivosti krve,
např. při operacích
BioSteel
Nexia Bioscience
Kanada
Nové materiály
8.4.2016
80
Resilin
8.4.2016
81
Genetický knokaut
Genový knokaut
– boj s prionovými chorobami
8.4.2016
82
Skot rezistentní k BSE
Hematech – USA
RIKEN – Japonsko
Texas A&M University
 8 holštýnských býků
 Genový KO genu pro prionový protein
8.4.2016
83
Zvířecí modely lidských
dědičných chorob
 KO genu pro CFTR
 Model pro cystickou fibrózu
Beltsvillská prasata
8.4.2016
84
Knokaut genu pro myostatin
Blok myostatinu a zvýšená
exprese follistatinu se
doplňují
8.4.2016
85
GM pstruh duhový
 Blok genu pro myostatin
 Funguje i u dalších obratlovců
Změna složení mléka prasnic
8.4.2016
86
Herman – Pharming (NL)
Prase s „omega-3“
ve svalech
 Do genomu prasete vnesen
gen fat-1 z hlístice
Caenorhabditis elegans
 Enzym konvertuje omega-6
polynenasycené mastné
kyseliny na „omega-3“
 Se stejným genem byly
modifikován i kur a ryby
Jing Kang
Harvard Medical School
8.4.2016
87
Hypoalergenní mléko
 Chybí alergenní beta-laktoglobulin
Daisy
AgResearch
NZ
EnviropigTM
8.4.2016
88
Xenotransplantace
zvířecí orgány lidem
 Není dost orgánů pro transplantace
Pro Proti
 Prasat je dost
 Jejich orgány mají
vhodnou velikost
 Lze získat prasata
bez patogenů
 Imunitní bariéra
 Hyperakutní rejekce –
rychlé zničení orgánu
 Endogenní retroviry –
riziko „děděných“ virů
8.4.2016
89
Prasata
pro xenotransplantace
 Vyblokování prasečích genů (alfa-GAL)
 Vnesení lidských genů (hDAF, CD46)
Ptáci
8.4.2016
90
Problémy –
zvláštnosti reprodukce ptáků
Za 24 hodin po ovulaci – 60 000 buněk
Metody tvorby geneticky
modifikovaných ptáků
8.4.2016
91
Transplantace PGC
Transplantace
spermatogonií
Eda
8.4.2016
92
Retrovirové vektory
Využití geneticky
modifikovaných ptáků
8.4.2016
93
Odolnost k chorobám
Markova choroba
„Zlatá vejce“
0,1 až 1 gram bílkoviny/ vejce
250 vajec/ rok
50 000 SF / 1 gram bílkoviny
8.4.2016
94
Ryby
Mikroinjekce
8.4.2016
95
Transplantace PGC
Indukce růstu přenosem
genu pro GH „all fish gene“
8.4.2016
96
GM losos AquAdvantage
William Muir
Pardue University
 Pokusy v laboratoři
 Počítačové modely
 Naznačují možnost úspěchu GM ryb po
úniku do volné přírody
8.4.2016
97
GM ryby – gen pro GH
 Snížená životnost plůdku
 Zvýšená odolnost ke kanibalismu
 Lepší trávení bílkovin
 Jsou kompetitivnější
 Rychlost nejasná - menší (1/2) i větší
(3x)
 Dříve pohlavně dospívají
 Pravděpodobně i úspěšnější při tření
 Vyšší produkce pohlavních buněk
medaka
GM ryby vs. divoké
GM samice – 14,2 kg
GM samec – 8,2 kg
Divoká samice – 0,171 kg
Divoký samec – 0,220 kg
8.4.2016
98
U kulturních linií
není výrazný efekt GM
5 cm
Vliv odchovu na růst
GM losos kisuča
 Růstový potenciál
GM ryb se uplatní jen
v umělých podmínkách
délka GM ryby
3násobek
 V přírodních
podmínkách
GM větší o 20%
8.4.2016
99
AFP
Geneticky modifikované
akvarijní ryby
GLOFISH
GFP – danio pruhované
8.4.2016
100
GM potkani - GFP
2011
 ČIŽP ujistila výskyt GFP+ potkanů v
zájmových chovech a jejich export
Foto Ing. M. Těhník, ČIŽPFoto Dr. K. Angelis
Máme se bát
GM živočichů?
 Domestikace změnila zvířata
k nepoznání
8.4.2016
101
Máme se bát
GM živočichů?
 Genetické modifikace - pokračování
procesu, který začal před 10 000 roky
Chytří psi
8.4.2016
102
Zatím je to jen scifi, ale jednou …
Chytří psi
Geneticky modifikovaní
komáři
8.4.2016
103
Postřiky insekticidy
 DDT
Eliminace komárů-přenašečů
genetickou modifkací
 Vypuštění sterilních jedinců
 Vypouštění nositelů dominantní letální vlohy
 Rozšíření vloh pro rezistenci komárů k
původci choroby
 Nákaza GM symbiontem
8.4.2016
104
Aedes aegypti
OX513A
 Larvy hynou, pokud nejsou odchovány ve
vodě s tetracyklinem
 Odchov velkého počtu samců
 Vypuštění do přírody
 Potomstvo zplozené s divokými samicemi
hyne v larválním stádiu
 Exprese červeného fluoreskujícího proteinu
Další modifikace
Létající injekce
 GM komár by při
bodnutí vnesl do těla
člověka nebo zvířete
vakcínu proti infekční
chorobě
8.4.2016
105
Vliv na necílové
organismy
Komáři jako opylovači
 Podle některých odborníků plní komáři
významnou roli opylovačů
 Pokud zmizí, poškodí to flóru
 „Zloději nektaru“ ?
8.4.2016
106
Vemeník
(Platanthera obtusata)
Opylení
Komár jarní (Ochlerotatus communis)
Vypuštění
do volné přírody
Oxitex
Aedes aegypti OX513A
Kajmanské ostrovy
Malajsie
Mexiko
8.4.2016
107
Můžeme to jíst?
GMO
Těší se špatné pověsti
Gilles-Eris Seralini
Food and Chemical Toxicology 2012
8.4.2016
108
1998 – obchodní řetězec Iceland (Flintshire)
zákaz GMO v prodávaných potravinách
1999 – „samozákazů“ velkých obchodních řetězců
Sainsbury´s – UK
Carrefour – Francie
Migros – Švýcarsko
Effelunga – Itálie
Superquin – Irsko
GMO - free
Ve druhé vlně
– „samozákaz“ potravin z produktů
zvířat krmených GMO
8.4.2016
109
Není to reakce na obavy zákazníků
Jde o obchodní trik.
GMO ve světě stále přibývá
Hlavní plodiny:
kukuřice, sója, bavlník
8.4.2016
110
GMO ve světě stále přibývá
Hlavní
producenti:
USA
Kanada
Argentina
Čína
Kolik je DNA v krmivech a
potravinách ?
0,005 až 0,02 %
sušiny
8.4.2016
111
„cizí gen“ 4000 „písmen“
0,0004% DNA kukuřice
GM kukuřice
Krmná dávka - jen kukuřice
Veškerá kukuřice jen GMO
Hypotetický příklad:
brojler
8.4.2016
112
Brojler zkonzumuje za
celý výkrm
300 mg kukuřičné DNA
+
1 g „cizího genu“
Proč by měla kuřeti vadit „cizí“ DNA,
když mu nevadí DNA kukuřice?
Pokud byl zjištěn efekt GM
krmiva na brojlery či
nosnice, pak je pozitivní
Neobsahují mykotoxiny
Blokáda enzymu mykotoxinem
8.4.2016
113
DNA z potravy není jediná
bakterie prvoci
buňky sliznice
viry
Člověk má ve střevu
 1014 ks bakterií
5000 druhů = 1,2 kg
 1200 druhů virů
 ? druhů prvoků
 ? druhů hub
atd.
8.4.2016
114
DNA se rozkládá
 Kyselým prostředím
 Enzymy (DNáza I a DNáza II)
85 % DNA z potravy je rozloženo
na „písmena“ genetického kódu
ještě před vstupem do
dvanáctníku.
Jaká jsou rizika potravin
a krmiv z GMO?
8.4.2016
115
Toxicita potravin
a krmiv z GMO
I geneticky nemodifikované
potraviny a krmiva
obsahují toxiny.
Sója – genistein
Brambor – solanin
GMO – toxikologicky prověřena
U GMO lze snížit „přirozenou“ toxicitu.
Genetické modifikace
pro redukci toxinů
 Bavlna
na 1 kg vlákna
1,65 kg semen
vysoký obsah proteinů
– terpenoid gosypol
 RNA interference
klíčový enzym pro syntézu
 Redukce gosypolu o 98%
8.4.2016
116
Toxikologické testy
 Testuje se
1) GM plodina
2) Odpovídají nemodifikovaná linie
3) Odpovídající nemodifikovaná linie s
přídavkem produktu genetické modifikace
Čím vším se liší plodiny?
 GM plodina a její nemodifikované
kontroly nemohou být pěstovány ve
stejných podmínkách
P
A
R
A
M
E
T
R
GM
K
Statisticky
průkazný
rozdíl
GM
K
Obvyklá
variabilita
8.4.2016
117
Čím se liší
testovaná zvířata?
 Dostávají krmivo, které se liší obsahem
mnoha látek, přičemž všechny rozdíly
nejsou důsledkem modifikace
Fyziologický
ukazatel Statisticky
průkazný
rozdíl
Fyziologické
hodnoty
GM
K
Alergenita krmiv a potravin
z GMO
Alergenní jsou i ostatní
potraviny a krmiva.
Alergenní potraviny
– kiwi, ořechy, ryby atd.
Je třeba prověřovat alergenitu krmiv
snížit rizika při „zatoulání“ do potravin.
„Co se dá sníst, to lidé snědí!“
8.4.2016
118
GM hrách
inhibitor alfa-amylázy fazolu
Thomas Higgins
Zrnokaz hrachový Bruchus pisorum
Vývoj ukončen 2006
Šance přenosu genu na bakterie
v prostředí i ve zvířeti je extrémně nízká
10 -11 až -13 / 1 kontakt vnímavé bakterie s
vhodnou DNA
Mutace – 1000krát pravděpodobnější
Krmení a léčba antibiotiky
- o několik řádů vyšší riziko!
8.4.2016
119
Zdrojem rezistence jsou i
akvakultury ve třetím světě
Při současné míře migrace neexistují
proti šíření účinné bariéry.
Přenos genů z GMO potravy
na zvíře a na člověka
Výjimečně
(velké množství DNA,
hypometylace apod.)
může malé množství zlomků DNA
přejít přes střevní stěnu
Pohltí je bílé krvinky.
8.4.2016
120
Pravděpodobnost
zabudování genu do
živočišné buňky
V genomu živočichů včetně člověka
nebyly nalezeny geny vyšších rostlin.
Produkty používaných genů jsou
prověřeny (toxikologicky apod.)
Rozklad DNA při zpracování
krmiv
 Mletí – bez efektu
 Lisování oleje – výrazná degradace
 Zahřívání – 95oC po dobu 5 minut –
degradace
 Pára i za nízkého tlaku - degradace
8.4.2016
121
Nelze od sebe odlišit
produkty zvířat krmených
GMO od produktů zvířat
krmených „GMO-free“
krmivy.
„GMO-free“ krmiva a
potraviny…
… jako chodit jen po bílých dlaždicích
8.4.2016
122
 GMO –zatím prospěch jen pěstitelům
 Velký potenciál pro spotřebitele
 Třetí svět – jedna z možností
 Vlivy na životní prostředí
 Každá zemědělská výroba ovlivňuje
 Je třeba hodnotit vlivy všech
technologíí
Závěry:
GMO pro krmiva a potraviny
- testovány a schvalovány
Přenos genů z krmiv a potravin na
mikroorganismy - nepravděpodobný
GMO jako krmiva a potraviny
- bezpečné
Produkty zvířat krmených GMO
- bezpečné
8.4.2016
123
Kdo smí pracovat
s GMO?
GMO Ne- GMO
8.4.2016
124
Jakákoli činnost s GMO =
nakládání
 Uzavřené nakládání
 Uvedení do životního
prostředí – polní pokusy
 Uvedení do oběhu
u nás RR sója
(pro zpracování)
kukuřice MON810
(pro pěstování)
Zákon 78/2004 Sb.
 o nakládání se musí se žádat MŽP ČR
 nakládat se smí jen na povolení
www.env.cz
 Neoprávněné nakládání
POKUTA až 5 MILIONŮ Kč !
§
8.4.2016
125
Co do žádosti?
 Kdo nakládá?
 S jakým
organismem?
 S jakým genem?
 K čemu to bude?
 Jak je na to vybaven?
 Jaká jsou rizika?
 Co se bude dělat,
kdyby byl průšvih?
Hodnocení rizika
 Jak je rizikový sám
organismus?
 Jak je rizikový gen?
 Jak se změní organismus
genem?
8.4.2016
126
Oblasti rizik
 Lidské zdraví
 Zdraví zvířat a
rostlin
 Životní prostředí
 Biologická
rozmanitost
Berou se v potaz i
ekonomická,
demografická
a politická hlediska
(MZe - řepka)
Třídy rizika pro uzavřené
nakládání
 A - žádné nebo jen minimální
riziko
 B – následky lze snadno
odstranit obecně známými
prostředky
 C - následky lze odstranit jen
zvláště náročnými prostředky
 D – nechává trvalé následky
8.4.2016
127
Havárie
Není to každá nehoda
na pracovišti s GMO
Je to únik GMO
mimo prostory určené k nakládání
Co se děje s žádostí?
 MŽP – předá MZd a MZe
 Každé ministerstvo má komisi expertů
 Posudky, žádosti o doplnění
 Žadatel přepracuje, doplní a vrátí na MŽP
 Další kolo hodnocení
 Stanovisko ČK GMO
 Rozhodnutí ministra ŽP