Nový ochranný prostředek proti škůdcům vyvinul spolu s mexickými kolegy americký entomolog Bruce Tabashnik z University of Arizona v Tucsonu. Měl by přijít ke slovu, když selžou stávající ekologické postřiky.
Bt-toxiny patří mezi ryze přírodní látky, na které jsou citlivé především housenky motýlů. Zemědělci a lesníci jimi hubí škůdce na polích, v lesích i ve sklenících déle než půl století.
Od hedvábné kalamity k ekologickému postřiku První střet člověka s Bt-toxiny však těmto látkám příliš světlou budoucnost nevěstil. V roce 1901 začaly japonským producentům hedvábí hynout housenky bource morušového. Záhadná choroba se brzy rozšířila po celém světě. Původce se podařilo odhalit až v roce 1918. Housenky podléhaly bakterii Bacillus thuringiensis, která produkuje jedovatou bílkovinu. Ta dostala podle počátečních písmen názvu bakterie označení Bt-toxin.
Zvířata chovaná v blízkosti nakažených bourcových farem ani lidé, kteří přicházeli s infikovanými housenkami do styku, netrpěli žádnými zdravotními potížemi. Už to naznačovalo, že toxiny bakterie Bacillus thuringiensis jsou pro vyšší živočichy i člověka neškodné.
Záhy se ukázalo, že bílkovinné molekuly Bt-toxinu působí jen na určité skupiny hmyzu. Ničí například housenky, ale neublíží včelám nebo broukům. Od tohoto zjištění byl jen krůček k nasazení těchto bakterií jako přírodního prostředku k ochraně porostů před hmyzími škůdci. Jejich obliba rychle rostla a neopadla dodnes. Hojně jich využívají především ekologičtí zemědělci.
Genoví inženýři posunuli frontu boje proti škůdcům pomocí Bt-toxinů ještě dál. Vnesli geny z bakterie Bacillus thuringiensis do dědičné informace rostlin. Sója, kukuřice nebo bavlník si díky tomu samy vyrábějí Bt-toxin ve svých buňkách. Hmyzí škůdci, kteří se pokusí živit na těchto rostlinách, konzumují i toxin a otráví se jím.
Obliba Bt-toxinů má i svou odvrácenou tvář. „V současné době se používají Bt-toxiny stále více a téměř nevyhnutelně se musí objevit škůdci, kteří jsou vůči nim odolní,“ říká Bruce Tabashnik.
Takový hmyz už se na polích a ve sklenících skutečně vyskytl. Ke škůdcům obrněným proti Bt-toxinům patří například motýli zápředníček polní a kovolesklec cizokrajný, jejichž housenky škodí na zelenině. Rezistentní formy motýlů se začaly šířit na polích a ve skelnících ošetřovaných ekologickým postřikem na bázi Bt-toxinů.
Není to první případ rezistence škůdců k ekologickým postřikům. Zcela nedávno se rozmohl na jihu Německa původce červivosti jablek obaleč jablečný vzdorující ekologickému postřiku založenému na účinku přírodních virů.
Poškození střeva nebo hlad V porostech geneticky modifikovaných plodin, jež si syntetizují toxiny bakterie Bacillus thuringiensis samy, nepředstavuje zatím rezistence škůdců žádný problém. Bruce Tabashnik nezjistil při důkladných prověrkách amerických plantáží zvýšený výskyt odolných škůdců ani u bavlníku, který patří k nejdéle pěstovaným geneticky modifikovaným plodinám chráněným Bt-toxinem. Přesto se vědci včetně Tabashnika na vznik odolných škůdců intenzivně připravují.
Bílkovinná molekula vyráběná bakterií Bacillus thuringiensis sama o sobě není pro hmyzího škůdce jedovatá. Na toxickou látku se mění až v jeho střevě. Celý proces není úplně jasný.
Alejandra Bravová zastává teorii, podle které se bílkovina váže na povrchu střevních buněk na molekuly kadherinu a následně je její řetězec
Velkou naději vkládají vědci také do toxinů bakterie žijící v trávicím traktu některých hlístů rozdělen na menší části. Ty se shlukují do větších komplexů a v této formě probourají otvory do stěny střeva. Zasažený hmyz hyne během dvou až pěti dní. Příčinou smrti je buď těžké poškození střeva a následné hladovění, nebo průnik střevních bakterií narušenou sliznicí dále do těla, kde mikrobi vyvolají celkovou otravu.
Rezistentní hmyz má díky mutaci pozměněný gen pro tvorbu kadherinu. Bt-toxin se na pozměněnou molekulu nenaváže. Následně nedojde ani k odštěpení části toxinu, ani k tvorbě jedovatých komplexů. Toxin pak hmyzu neuškodí a projde bez následků celým trávicím traktem.
Počáteční nedůvěra vědců Většina badatelů brala teorii o jedovatém komplexu s rezervou. Výsledky nejnovějších pokusů zveřejněné prestižním vědeckým týdeníkem Science však dávají Alejandře Bravové za pravdu. Spolu s Mariem Soberónem vyvinula Bravová novou verzi Bt-toxinu, která vytváří komplexy i bez předchozí vazby na kadherinové molekuly na střevních buňkách. Díky tomu působí i na hmyz, který je k tradičním Bt-toxinům odolný.
Účinnost nového toxinu vědci nejprve testovali na housenkách oblíbeného laboratorního motýla lišaje tabákového. Nové Bt-toxiny měly až stokrát silnější účinek než jejich tradiční protějšky. Ještě zajímavější byly výsledky testů na housenkách drobného motýlka makadlovky bavlníkové, která patří k nejzávažnějším škůdcům bavlníku.
Housenky hodují uvnitř formujícího se bavlníkového plodu a zcela zničí tvořící se vlákna. Soberón a Bravová si nejprve metodami genového inženýrství připravili makadlovky, které tradičnímu Bt-toxinu bez potíží vzdorují. Pak je vystavili dvěma verzím nového Bt-toxinu. Jedna z nich zahubila prakticky všechny housenky.
„Tyto cílené modifikace vedoucí k produkci upraveného Bt-toxinu mají obrovský význam pro kontrolu rezistence,“ ocenil výsledky mexických vědců americký entomolog David Andow z University of Minnesota v St. Paul. Andow zároveň dodává, že je zapotřebí podrobit nové Bt-toxiny dalším ověřovacím testům. Teprve pak je bude možné použít jako ekologické insekticidy. Přicházely by ke slovu především v těch případech, kdy by některý hmyzí škůdce začal odolávat postřikům na bázi tradičních Bt-toxinů. Další nadějné jedy Zatím není jasné, zda a nakolik se nové Bt-toxiny uplatní i v geneticky modifikovaných plodinách. Rozhodne to, jak se budou jejich molekuly chovat v rostlinném organismu. Buňky rostlin produkují některé proteiny jen ve velmi nízkých koncentracích anebo je rychle rozkládají. Není proto jisté, zda se podaří zajistit v geneticky modifikovaných rostlinách tak vysoké hladiny nových Bt-toxinů, aby spolehlivě chránily úrodu před škůdci.
Naštěstí nepředstavují Bt-toxiny nové generace jedinou možnost, jak řešit problémy s rezistencí škůdců. V některých zemích už se pěstují geneticky modifikované plodiny vybavené dvěma různými formami tradičních Bt-toxinů, z nichž každá se ve střevu hmyzu váže na jiný typ kadherinů. Pokud se dědičná informace škůdce změní tak, že svému nositeli dodá odolnost k jednomu Bt-toxinu, druhý toxin stále ještě dokáže hmyz zabít. Pravděpodobnost vzniku rezistentních škůdců se tak dramaticky snižuje.
Vědci se pokoušejí najít v přírodě další zajímavé toxiny, které by bylo možné využít ve formě postřiků nebo pro tvorbu nových geneticky modifikovaných rostlin vzdorujících škůdcům. Velkou naději vkládají například do toxinů bakterie Photorhabdus luminescens žijící v trávicím traktu některých hlístů. Tito červi se živí hmyzem. Když napadnou svou oběť, uvolní do jejího těla oběti zmíněné bakterie. Svými toxiny hostitele zabijí. Na mrtvolce pak hoduje jak hlíst, tak i bakterie.
Pokud hmyz pozře bakterii nebo její toxiny, spolehlivě se otráví. Na využití jedu bakterie Photorhabdus luminescens pro ochranu rostlin před hmyzími škůdci se usilovně pracuje už více než deset let.
***
Konec nerušeného okusování
Laboratorně upravený jed bakterií by se mohl stát novým pomocníkem zemědělců. Vědci takzvaný Bt-toxin vylepšili tak, že mu neodolají ani škůdci odolní ke stávajícím ekologickým postřikům.
Bakterie Bacillus thuringiensis produkuje jedovatou bílkovinu. Látka označovaná Bt-toxin zabíjí určité skupiny hmyzu. Pro vyšší živočichy včetně člověka je však neškodná. Proto našla uplatnění v ekologickém zemědělství.
Ke škůdcům obrněným proti Bt-toxinům patří motýl kovolesklec cizokrajný (Trichoplusia ni), jehož housenky škodí na zelenině
Alejandra Bravová s Mariem Soberónem vyvinuli novou, mnohem účinnější verzi Bt-toxinu. Působí i na hmyz, jenž je k tradičním Bt-toxinům odolný. Účinky zlepšeného jedu vědci úspěšně otestovali na housenkách motýla lišaje tabákového.
