Krisprováním proti kontaminaci rostlin

12.9.2017 |

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