Genové inženýrství proti vetřelcům: Zachrání genetické zbraně narušené ekosystémy?

Cizí druhy zavlekl člověk na nové kontinenty někdy nedopatřením, a často úmyslně. Tak se dostala z Ameriky do Evropy ondatra pižmová či nutrie, zatímco opačným směrem putoval přes Atlantik třeba špaček obecný nebo skřivan polní. Někdy se zaoceánský import obešel bez následků, jindy odstartoval přírodní pohromu. U zrodu bezesporu nejznámější ničivé invaze stál záměrný dovoz králíka divokého do Austrálie. 

Boj s pomocí bakterií a virů

Příklad australských králíků názorně dokládá obtíže, které se lidem stavějí do cesty, když se snaží napravit následky dřívějšího neuváženého zavlečení živočicha do nového prostředí. Králíci divocí se z Evropy do Austrálie dostali na konci 18. století a o pár desítek let později se na nejmenším kontinentu proměnili ve skutečnou pohromu (viz Austrálie zaplavená králíky).

Počátky pokusů o plošné odstranění hopkajících vetřelců spadají do konce 19. století, kdy vláda Nového jižního Walesu vypsala prémii 25 tisíc liber za účinný recept na likvidaci jejich populace. Vysoká odměna přitom oslovila i Louise Pasteura: Slavný francouzský biolog navrhl nakazit zvířata bakterií, kterou sám objevil. Mikrob, pojmenovaný později Pasteurella multocida na počest svého „otce“, se sice mezi králíky rozšířil, ale k jejich vyhubení nestačil. 

V roce 1950 byl mezi australské králíky cíleně rozšířen virus myxomatózy. Zvířata umírala po tisících a jejich stavy klesly na šestinu – z 600 milionů přežilo „jen“ 100 milionů. U zbylých jedinců se ovšem k chorobě vyvinula odolnost, a myxomatóza tak zůstala při dalším boji o očistu Austrálie mimo hru. 

Králíci odolávají nástrahám

Počátkem 90. let už králičí populace v zemi opět dosahovala 300 milionů, a proto se Australané rozhodli otestovat další virus. Tentokrát padla volba na kalicivirus vyvolávající smrtelné onemocnění. Předběžné zkoušky začaly v roce 1991 na ostrově Wardang, s tím že se nákaza v žádném případě nesmí rozšířit na pevninu. O případném nasazení mikroorganismu na kontinentu se mělo rozhodnout až na základě výsledků z Wardangu. Přesto už v roce 1995 hubil virus králíky i na pevnině. Nikdy přitom asi nezjistíme, zda šlo o nehodu, či sabotáž.

V roce 2017 byl mezi divokou králičí populaci vypuštěn ještě účinnější typ kaliciviru v naději, že škůdce – ohrožující na 150 druhů původní australské fauny a páchající zemědělcům každoročně škody ve výši 200 milionů dolarů – definitivně zmizí. Je však celkem pravděpodobné, že králík přežije i tuto bitvu ve válce o jeho vyhubení. Proto Australané zvažují, že proti němu nasadí genetickou zbraň, označovanou odborníky jako „gene drive“.

Nesmlouvavá dědičná vloha

Za vědeckým termínem „gene drive“ se ukrývá uměle připravená dědičná vloha, jež se populací šíří jako požár vyprahlou savanou. Všichni její příslušníci se tak během několika generací „přepíšou“ a stanou se nositeli nové vlohy. 

Tradiční geny dědí potomek po jednom od obou rodičů, přičemž mu otec a matka mohou předat každý jinou variantu genu. V případě vlohy, jež se chová jako gene drive, je však úplně jedno, jakou verzi k ní dostal potomek „do páru“ od druhého rodiče – gene drive se do druhé vlohy sám přepíše. Výsledek vypadá, jako kdyby jeden rodič předal potomkovi dvojici gene drivů a předání genu od druhého bylo zcela zablokováno. Neplatí zde tudíž Mendelovy zákony, které říkají, že gen jednoho rodiče zdědí polovina synů a dcer, čtvrtina vnuků a vnuček a osmina pravnoučat: Gene drive je postaven tak, aby se přenesl na všechny syny a dcery, vnoučata i pravnoučata. V populaci zcela převládne a už nikdy nezmizí.

Mušky pod přísným dohledem

Genetici vymysleli gene drive už před dlouhou dobou, ale realizace nápadu vázla. Změnilo se to před pěti lety, s objevem techniky genového inženýrství označované jako CRISPR-Cas9, jež dovolila nevídanou přesnost zásahu do dědičné informace. Dřív genoví inženýři „stříleli naslepo“, protože neměli kontrolu nad tím, kde dědičnou informaci pozmění. Technika CRISPR-Cas9 jim umožnila „ostrostřelbu“, jež by nedělala ostudu ani Vilému Tellovi. V tu chvíli se otevřela cesta k vytvoření fungujícího gene drivu, tedy genu, který se populací šíří řetězovou reakcí a jehož zastoupení může jen a jen narůstat.

Jako první vytvořili dokonale fungující gene drive američtí vědci Ethan Bier a Valentino Gantz v roce 2015. Vnesli ho do dědičné informace octomilky a muškám tím zajistili změnu barvy těla. V perfektně zabezpečené laboratoři vypustili do jejich hejna pár jedinců přebarvených pomocí gene drivu. Po deseti generacích zbyly ve skupině jen přebarvené mušky a hmyz s původním odstínem vymizel. 

Je jasné, že při práci s gene drivem je namístě maximální opatrnost. Kdyby z laboratoře unikla jediná muška s dědičnou informací obohacenou o gene drive, mohla by „přebarvit“ kompletní divokou populaci octomilek. Těžko říct, jaké by to mělo následky, protože vypustit takto modifikovaný hmyz do přírody si nikdo netroufá. Můžeme se jen domnívat, že odlišně zbarvené mušky by byly nápadnější svým přirozeným nepřátelům. Mohla by se změnit i jejich odolnost k chladu či vysokým teplotám, protože jinak zbarvené tělo by se na slunci také jinak ohřívalo. 

Důsledky? Velká neznámá

Pro gene drive se nabízí celá řada využití. Vědci už takto stvořili komáry odolné k původci malárie. Kdyby je vypustili v zemích, kde nemoc stále ohrožuje miliony lidí, „přepsal“ by gene drive dědičnou informaci divokých jedinců a ti by ztratili schopnost přenášet chorobu na člověka. Podobně lze mezi komáry rozšířit gene drive, jenž by jim zabránil v šíření viru zika a původců mnoha dalších nemocí. Nikdo však nic podobného neplánuje, protože komáři zaujímají v přírodě významné místo a nevíme, co všechno bychom změnou jejich dědičné informace rozpoutali. 

Mohli bychom spustit dominový efekt, kdy by se křehká stavba ekosystému zhroutila jako domeček z karet. Za potlačení malárie či horečky dengue bychom zaplatili rozsáhlou přírodní katastrofou a recept na likvidaci takové kalamity nemáme. 

Jen jedno pohlaví

Přítomnost invazních druhů znamená pro přírodu velký problém a jejich vymizením by neměly vzniknout škody, naopak: Narušené ekosystémy by dostaly šanci se z jejich vpádu vzpamatovat a vrátit se do původního stavu. Existuje několik strategií, jak vetřelce zlikvidovat. Jedna z nich například počítá s tím, že by gene drive šířil populací vlohy zajišťující vývoj samčího pohlaví. 

Za normálních okolností se australským divokým králíkům rodí dcery a synové v poměru 1 : 1. Pokud by otec nesl vlohy pro vývoj samčího pohlaví ve formě gene drivu, rodily by se samicím pouze mužští potomci. Je jasné, že populace s takovým vychýlením by se záhy zhroutila. 

Škůdci z dovozu

O nasazení gene drivu proti zvířecím vetřelcům velmi vážně uvažují Novozélanďané. Na jejich ostrovy byla zavlečena řada živočichů z Evropy, Asie i Austrálie. Značné problémy tam páchá například lasice hranostaj pocházející ze starého kontinentu nebo vačnatec kusu liščí úmyslně importovaný z Austrálie. 

Hranostaj hubí mnoho zástupců novozélandské fauny, ale ještě větší škody má na svědomí všežravý kusu: Vybírá ptačí hnízda a požírá vajíčka i mláďata, nepohrdne však ani rostlinnou potravou a ničí původní flóru. Ohrožuje například strom železnatec druhu Metrosideros robusta – žere jeho listy, mladé větvičky, pupeny, květy i semena. Zároveň se stal nebezpečným konkurentem pro původní býložravce, kteří v boji o rostlinnou potravu s vačnatým vetřelcem prohrávají. 

Jako šíp a slovo

Novozélanďané zvažují, že by v laboratořích vnesli do dědičné informace hranostaje či kusu liščího gene drive. Nositele těchto genů by pak vypustili do přírody a vloha by se šířila populacemi zvířecích vetřelců, až by je přivedla ke kolapsu. 

Zatím je vše ve stadiu teoretického plánování – sebemenší chyba může mít nedozírné následky. Pokud by se například kusu s nebezpečným gene drivem dostal z Nového Zélandu do své australské domoviny, ohrozilo by to původní populaci vačnatce na celém kontinentu.

TIP: Australské úřady hodlají pomocí jedovatých klobásek otrávit až 2 miliony koček

Přesto nejsou Novozélanďané v plánech na nasazení gene drivu proti invazním druhům sami. Mluví se o jeho využití k likvidaci potkanů na Galapágách či králíků v Austrálii. Všude ovšem panují velké a oprávněné obavy z neuváženého nasazení zmíněné zbraně. Sanové z Kalahari říkají: „Vystřelený šíp a vyřčené slovo už nikdo zpátky nevrátí!“ A totéž platí o organismech s gene drivem vypuštěných do přírody.