„Editovat genom rostlin musíme, jinak se Evropa stane muzeem zemědělství,“ říká profesor Doležel

Klimatická změna znásobila nároky na světové zemědělství. Jednou z cest, jak se vyhnout nedostatku potravin, je pěstování geneticky upravených plodin. „Geneticky modifikované plodiny se dnes už pěstují ve 29 zemích světa a na téměř osmině celosvětově obdělávané půdy. Evropská unie se tomu musí přizpůsobit, je to cesta k soběstačnosti,“ říká vědecký ředitel Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum, rostlinný genetik Jaroslav Doležel. Svou prací navazuje Doležel na Johanna Gregora Mendela, který se narodil přesně před 200 lety. Genetika je podle něj více než kdykoliv dříve klíčem k budoucnosti lidstva.

 Co pro dnešní vědu znamená klimatická změna a adaptace na ni?
Je to vůbec jedna z největších výzev současnosti. Růst světové populace vyžaduje zvyšování produkce potravin, a přitom je pěstování zemědělských plodin ohrožováno změnou klimatu. Pro zajištění dostatku potravin bude třeba využít všech možností, které máme k dispozici, a jednou z nich je pěstování plodin přizpůsobených novým podmínkám. To ale vyžaduje odrůdy s novými znaky a vlastnostmi, které lze jen obtížně získat pomocí klasického šlechtění. Mluvíme o nových technikách šlechtění, jejichž klíčovým nástrojem je modifikace dědičné informace. Naštěstí jsou dnes k dispozici metody pro editování genomu, které umožňují přesně měnit strukturu molekuly DNA.

Tyto techniky umožňují nejen další zlepšování současných odrůd, ale nabízí možnost v krátkém čase zopakovat domestikaci a z planých předchůdců v krátkém čase opět získat kulturní plodiny, ale s vlastnostmi, které současné plodiny nemají. Je také reálné domestikovat plané rostliny, které snášejí sucho či zasolenou půdu a které člověk dosud nepěstoval. Editaci genomu ale můžeme dělat jen tehdy, pokud víme, co a jak chceme editovat a kde se tato, obvykle krátká, sekvence DNA v obrovském genomu nachází. A to je úloha výzkumu na našem pracovišti, kdy se podílíme jak na studiu struktury genomu důležitých plodin, tak na izolaci agronomicky významných genů. Pokud bude možné pěstovat nové odrůdy získané těmito technikami, jsme připraveni metodu editace genomu použít.

Část světa geneticky upravené plodiny schvaluje, Evropa je ale spíše výjimkou…
V Evropské unii se po dlouhých dvaceti letech konečně začíná blýskat na lepší časy. Je na čase, protože rychlým tempem přibývá zemí, kde není pěstování nových odrůd získaných editací genomu regulováno, a hrozilo, že se Evropa stane „muzeem zemědělství“. Geneticky modifikované plodiny se dnes už pěstují ve 29 zemích světa a na téměř osmině celosvětově obdělávané půdy. Úspěch a další perspektivy těchto plodin stimulují zakládání nových biotechnologických firem, které přicházejí na trh s plodinami, které mají výhodné vlastnosti jak pro pěstitele, tak pro spotřebitele. Neudržitelnost této situace si Evropská komise konečně uvědomila a plánuje vytvoření legislativního rámce pro „nové genomické techniky“.

Nová legislativa by měla být schválena během příštího roku. Bez genetických modifikací se zkrátka neobejdeme. Pěstování plodin s modifikovaným genomem a odolných vůči chorobám a škůdcům umožní dramaticky snížit zátěž životního prostředí pesticidy a bude jedním z klíčových opatření vedoucích k udržitelnému zemědělství. Pokud budeme moci také omezit hnojení průmyslovými hnojivy, bude podle mého přesvědčení možné označovat jako biopotraviny všechny potraviny získané z takových odrůd.

Jste rostlinný genetik, jaké jsou největší současné výzvy pro vědu ve vašem oboru?
Pokud jde o můj obor, tedy genomiku, tak sekvenování dědičné informace se stalo rutinou. To, že máme dědičnou informaci přečtenou, ale neznamená, že rozumíme tomu, jak funguje. Stále máme jen velmi omezenou představu o tom, jak je růst a vývoj rostliny regulovaný a jak genom předurčuje reakci rostliny na vnější podněty. Důležitou roli hraje například i uspořádání DNA v trojrozměrném prostoru buněčného jádra, kdy spolu mohou interagovat vzdálené oblasti genomu. I této problematice se na našem pracovišti věnujeme.

Letos slavíme dvě stě let od narození zakladatele genetiky. Cítíte se vy sám být následovníkem Mendela?
Cítím se asi stejně jako ostatní kolegové genetikové – zkrátka pokračujeme v jeho práci. Nicméně když mluvíme o Mendelovi, mám jisté privilegium. Vnímám jeho genia loci. Pracuji totiž na Moravě nedaleko místa, kde se Mendel narodil, působím v Olomouci, kde studoval, což je poměrně blízko Brna, kde učinil své objevy. To, co Gregor Mendel dokázal, je naprosto epochální. Přitom v mládí na tom Mendel nebyl fyzicky ani ekonomicky dobře. Pro budoucnost genetiky bylo štěstí, že pro něj bylo řešením této složité situace studium teologie. Přestože mu v mládí osud příliš nepřál, stal se zakladatelem vědního oboru, který hýbe světem a má dopady na mnoho oblastí lidského života. I když neměl ideální podmínky pro start do života, měl obrovské štěstí na lidi a prostředí, do kterých se dostal. Do augustiniánského kláštera sv. Tomáše na Starém Brně se dostal díky učitelům na filozofickém ústavu olomoucké univerzity, kde studoval, a právě opat kláštera augustiniánů jej nasměroval k výzkumům zaměřeným na dědičnost.

V čem byl Mendel geniální?
Byl geniální v tom, že pro řešení biologického problému dědičnosti použil matematiku, což nenapadlo nikoho před ním. Paradoxem je, že neuspěl u učitelských zkoušek z přírodopisu a fyziky, a tak si dále zlepšoval vzdělání na univerzitě ve Vídni. To byla opět šťastná souhra okolností, protože ho tam učili ti nejlepší z nejlepších. Získané poznatky dokázal zúročit a problém dědičnosti vyřešil naprosto geniálním způsobem. Mendel byl prototypem moderního vědce a jeho přístup k výzkumu je velkým poučením i pro současnou vědu. Když stojíme před neřešitelným problémem, můžeme se Mendelem inspirovat a použít nový, netradiční postup.

Co si z této osobnosti vy sám berete? V čem je Mendel dodnes vzorem?
Gregor Mendel je pro mne vzorem právě v hledání nových přístupů k řešení zdánlivě neřešitelných problémů. Říká se tomu myšlení „out of box“ a tento přístup je dnes velice moderní. Sydney Brenner při přebírání Nobelovy ceny řekl, že pokrok vědy spočívá v nových metodách, nových objevech a nových nápadech a v tomto pořadí důležitosti. Zjednodušeně řečeno jsou ve vědě dvě školy. Jedna říká, že motorem pokroku jsou nové hypotézy a ideje. Podle druhé věda pokračuje tak, jak jí to dovolí pokrok v technikách a metodách, a přiznám se, že tento přístup je mi bližší. Například bez metod sekvenování DNA bychom o genomu téměř nic nevěděli. Mendel vyhrál tím, že použil dosud nepoužitý přístup, a to kombinatoriku.

Je to způsob uvažování, který je i vám osobně blízký? V čem?
K řešení problémů rád používám nové přístupy. Asi prvním příkladem výhodnosti takového stylu práce bylo vypracování metody pro rychlé měření množství DNA v jádrech rostlinných buněk. Použil jsem tzv. průtokovou cytometrii, která byla vyvinuta pro analýzu buněk člověka a živočichů a u rostlin se v 80. letech minulého století až na výjimky nepoužívala. V té době jsem pro rostliny vypracoval nejen metodu přípravy vzorků, ale také kalibroval sestavu standardů pro stanovení velikosti genomu. Tato metoda našla rozsáhlé uplatnění jak v základním a aplikovaném výzkumu, tak ve šlechtění a po více než třiceti letech se stejně jako standardy stále používá.

Další oblastí, kde se vyplatil netradiční přístup, byla první etapa čtení složitých genů obilovin. Začátkem 21. století neměly metody sekvenování DNA kapacitu na přečtení celé dědičné informace, která je například u pšenice více než pětkrát větší než u člověka. Na začátku vědecké kariéry jsem se zabýval cytogenetikou, tedy studiem dědičné informace na úrovni chromozomů.

Toužil jsem propojit cytogenetiku s průtokovou cytometrií a to se mi podařilo. Pomocí nové metody jsme izolovali jednotlivé chromozomy a získali tak malé části genomu, které bylo možné i tehdy sekvenovat. V případě pšenice seté, která má genom rozdělený na 21 chromozomů to celou analýzu 21krát zjednodušuje! Tomuto přístupu, kdy genom studujeme chromozom po chromozomu, říkáme chromozomová genomika. Její využití umožnilo čtení dědičné informace řady plodin, včetně už zmíněné pšenice, a dodnes urychluje izolaci agronomicky důležitých genů, jako jsou rezistence vůči chorobám, včetně rzí a padlí.

Dalším příkladem uplatnění netradičních postupů je analýza dědičné informace banánovníku. Jako první jsme například určili velikost dědičné informace této plodiny a geneticky charakterizovali všechny položky ve světové genové bance. V současnosti se podílíme jak na čtení dědičné informace afrických banánovníků, tak nepřímo i na jejich šlechtění. Zejména v oblasti afrických Velkých jezer jsou různě upravované banány základní potravou. Naším hlavním partnerem je Mezinárodní ústav tropického zemědělství, konkrétně jeho výzkumné stanice v Ugandě a Tanzanii. Některé z těchto projektů financuje nadace Billa a Melindy Gatesových. Spolupracujeme také s jinými výzkumnými programy ve Střední a Jižní Americe, Indii a Austrálii.

Jednou z priorit je v současném výzkumu i výuce multioborový přístup a vytváření mezinárodních týmů. Jaké jsou klady a jaká úskalí této cesty?
Podle mého přesvědčení má být věda primárně organizovaná odspodu a nikdo by neměl vědcům diktovat, s kým mají spolupracovat. Možná je tento názor ovlivněn mojí vědeckou dráhou. Začínal jsem sám, později jsme s kolegy vypracovali metody, které byly klíčové pro čtení velkých genomů rostlin. Dostali jsme se do situace, kdy jsme potřebovali rozšířit výzkumnou kapacitu, a náš tým se podle potřeby dále rozrůstal.

Opačná cesta, kdy se uměle vytvářejí velké výzkumné celky bez jasného zdůvodnění, může bohužel lákat i hochštaplery, kteří jen hledají zdroje peněz. Podle mě by tedy měly spolupracovat menší týmy vždy podle aktuální potřeby, a to i na mezinárodní úrovni. Chápu ale, že pro administrativu je těžké vytvořit flexibilní systém, který umožní financovat ad hoc vytvářená vědecká seskupení různé velikosti a v různých obdobích.

Od začátku července předsedá naše republika Evropské unii. Jak si vlastně stojíme v EU, podíváme-li se například na četnost evropských projektů, které vedeme?
Budu upřímný, jako celek jsme spíš průměr. Máme ale vědce a výzkumné týmy, kteří patří ke světové špičce. V případě evropských grantů typu ERC se mimo jiné ukazuje problém organizace a podpory vědy v České republice. Týmy ve vyspělých evropských státech mají dokonalou administrativní a manažerskou podporu a vědci se mohou při navrhování projektu plně soustředit na vědeckou část.

Když my píšeme projekty, děláme vše od A do Z. Nefunkční a zbytečná administrativa naši vědu opravdu brzdí. Jinde asi vědí, že vědec je drahý, a proto ho nenechají plýtvat vzácným časem a dělat věci, které může udělat někdo jiný. Někdy papírujeme kvůli směšným částkám. Jako účastník jednoho velkého národního projektu každý měsíc posílám tabulku s hodinovým výkazem své činnosti. Nedovedu si představit, jak byrokratický aparát ty spousty tabulek od mnoha vědců za každý měsíc kontroluje.

Další potíž, když zůstaneme u mezinárodního bádání a vzdělávání, je uznávání českých titulů v zahraničí a naopak. Jakou s tím máte vy zkušenost? Neměly by se standardy sjednotit, například prostřednictvím nějakých evropských titulů?
To je velký problém, protože chceme, aby k nám přicházeli vědci ze zahraničí, a přitom naše platy nejsou mezinárodně konkurenceschopné. A místo odstraňování zbytečných bariér, které brání příchodu kolegů ze zahraničí, se vše často ještě zbytečně komplikuje. Před několika lety k nám přišel český kolega z Institutu Maxe Plancka v Kolíně, který se habilitoval na německé univerzitě. Nicméně zde si docenturu dělá znovu. Je to pro něj ztráta času a zbytečný problém. Nejsem si ale jistý, zda je reálné vytvářet systém evropských titulů. Spíše bych se přimlouval za vzájemné a bezproblémové uznávání titulů.

Věda není jen o výzkumech, ale i o psaní článků a tlaku na jejich počet. Neměl by se tento tlak regulovat? Nebo jde jen o rozhodnutí daného vědce?
V době, kdy jsem s vědou začínal, se publikace nepočítaly a impakt faktor neexistoval. Když jsem chtěl publikovat výsledek své práce, volil jsem časopis, který četla vědecká komunita, kterou jsem chtěl se svými výsledky seznámit. Tečka. Bodování či dokonce převod bodů za publikace na peníze neexistovaly. Pak ale přišel impakt faktor a byrokracie získala nástroj, jak vědu jednoduše hodnotit, aniž by jí rozuměla. Pokud hodnotíme počet publikací, impakt faktor a počet citací, pak vědce může hodnotit i paní uklízečka s kalkulačkou. Tento systém páchá velké škody a deformuje vědecké prostředí. Vědci by měli být hodnoceni podle výsledků své práce, a ne podle toho, kde a v jakých časopisech publikují. Podle mého názoru není nic lepšího než peer review po pěti letech, kdy se podíváme na to, co vědec dělal a jaké má výsledky. Bohužel jsme se ale dostali za hranu a cesta zpět nebude snadná.

A jak je to s vědeckými časopisy a jejich kvalitou?
Tlak na počet publikací vedl k obrovskému nárůstu počtu vědeckých časopisů. Protože vědci musí publikovat, mohou si nakladatelé klást podmínky. Takže už mnohým nakladatelům články i formátujeme. Dostanou hotový produkt a my jim ještě za publikaci článku zaplatíme tisíce eur. Vznikají dokonce pirátské aktivity, které za poplatek nabízejí spoluautorství na publikaci! S tím souvisí i problematika open access publikování. Díky tomu, že za publikaci článku platí jeho autor, je publikovaný článek přístupný zdarma komukoliv a bez předplatného. Jenže tato zdánlivě bohulibá politika dále prohlubuje propast mezi bohatým severem a chudým jihem. V rozvojových zemích nemohou zaplatit tisíce eur za publikování jednoho článku. Celá situace s publikováním a hodnocením vědců mi zkrátka evokuje úsloví: „Cesta do pekla je dlážděna dobrými úmysly.“

Jak by měl podle vašeho názoru vědec fungovat navenek?
Přestože absolutní prioritou práce vědce musí být věda, považuji za důležité, aby vědci seznamovali veřejnost, a tedy daňové poplatníky, se svou prací a s jejím významem pro společnost. V tom hraje důležitou roli spolupráce s novináři a médii. Není to vždy jednoduché, protože média v zájmu „objektivity“ často předpokládají, že si názor udělá posluchač nebo divák sám. Ale jak to má udělat, pokud dané problematice nerozumí? Na druhou stranu mne velmi mrzí, pokud vědci rozhovory odmítají. A musíme se učit zjednodušení, aby nám rozuměl i laik. Každý vědec dokáže formulovat vědu složenou jen z cizích slov, ale k čemu to je, když tomu nikdo jiný nebude rozumět?

Nedílnou součástí práce vědce musí být výchova nové vědecké generace. To zahrnuje nejen vedení diplomových a doktorských prací, ale také přednášky pro žáky základních škol a studenty středních škol, vedení exkurzí v laboratořích a pořádání akcí pro veřejnost, jako je například Noc vědců nebo Týden vědy a techniky Akademie věd ČR. Pokud se na těchto akcích podílí mladá vědecká generace, pak vedle zlepšování povědomí o vědě a šíření vzdělanosti, učí sami sebe i to, jak vědu popularizovat.

A pokud mohu zmínit další důležitou aktivitu, pak je to podpora přenosu výsledků základního výzkumu do praxe. To je v České republice stále velký problém. Jsem rád, že naše pracoviště je v této oblasti velmi aktivní a snad i úspěšné. V rámci programu „Potraviny pro budoucnost“ Strategie AV21 AV ČR a Aplikační laboratoře pro zemědělský výzkum, která je jeho součástí, spolupracujeme se šlechtiteli a zemědělskými podniky. Pořádáme pro ně školení a praktické kurzy zaměřené na molekulární metody a analyzujeme jejich materiály. Velmi si také cením naší účasti na projektu TA ČR Národní centrum kompetence „Biotechnologické centrum pro genotypování rostlin“, kde je tato spolupráce ještě intenzivnější a kde se přímo podílíme na charakterizaci DNA velkého množství šlechtitelských materiálů.

Zdroj: universitas.cz

Výzkumná činnost Jaroslava Doležela

Jako jeden z prvních na světě vypracoval metodu stanovení velikosti jaderného genomu rostlin pomocí průtokové cytometrie. Významně přispěl k její standardizaci a širokému uplatnění, které zahrnuje genetiku a fyziologii rostlin, systematiku, taxonomii a populační biologii. Důležité praktické uplatnění tato metoda našla ve šlechtění rostlin.

Založil nový obor genomiky, tzv. chromozomovou genomiku, která kombinuje izolaci chromozomů pomocí průtokové cytometrie s postupy genomiky. Využitím unikátní metody izolace chromozomů přispěl k přečtení složitých genomů hospodářsky významných plodin, včetně pšenice. Chromozomová genomika se široce uplatňuje při studiu struktury a evoluce dědičné informace rostlin a při mapování a izolaci důležitých genů.

Vytvořil úspěšný program studia dědičné informace banánovníku, jehož plody jsou základní potravinou v mnoha rozvojových zemích. Podílel se na přečtení jeho dědičné informace a založil genotypovací centrum, které má důležitou úlohu při charakterizaci a záchraně genového bohatství pěstovaných odrůd a planých druhů banánovníku. Účastní se mezinárodních projektů zaměřených na šlechtění této důležité plodiny pomocí nejnovějších metod molekulární biologie.

Jeho současný výzkum je zaměřený na studium uspořádání dědičné informace v trojrozměrném prostoru buněčného jádra a vlivu tohoto uspořádání na funkci dědičné informace, regulaci růstu a vývoje rostlin a jejich reakci na faktory vnějšího prostředí.

Prof. Ing. Jaroslav Doležel, DrSc.

• Jaroslav Doležel se narodil v roce 1954 v Olomouci.
• V roce 1978 vystudoval Agronomickou fakultu Vysoké školy zemědělské v Brně (dnes MENDELU).
• V roce 2013 se stal profesorem v oboru Molekulární biologie a genetika.
• Od roku 2013 působí jako vědecký ředitel Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum v Olomouci.
• Na podzim 2022 dostane čestný doktorát na Mendelově univerzitě v Brně, která je zároveň jeho alma mater.