Geneticky modifikované rostliny odstraňují těžké kovy z půdy

Kontaminace půdy některými kovy jako je arsen, kadmium, měď, rtuť a zinek představuje v současné době vážný problém. Při klasické dekontaminaci se musí zamořená půda odstranit a uskladnit v jiné lokalitě. Tento způsob je však velmi nákladný a původní místo z ekologického hlediska zničené. Alternativní postup nyní přináší on-line článek z Nature Biotechnology. R. B. Meagher a jeho tým z Georgie v USA totiž vypěstoval rostlinu, která dokáže ve svých listech a stonku hromadit arsen, což otevírá cestu k poměrně bezpečné a levné sanaci.

Arsen se vyskytuje v přírodě běžně, avšak pouze ve velmi nízkých koncentracích. Vzhledem k těžbě a ukládání průmyslových odpadů se však může v určitých místech nahromadit. Ke stejné situaci může dojít při vrtání studní, ze kterých se čerpá podzemní voda z hlubších vrstev. Pak může nastat hromadná otrava obyvatel, jako nedávno v Bangladéši a Západním Bengálsku. Tato otrava může způsobit rakovinu a poruchy nervového systému.

Arsen se totiž neodbourává na neškodné formy, zůstává tak v půdě po velice dlouhou dobu, aniž by se výrazně měnil jeho obsah a toxicita. Proto se hledají způsoby, jak jej z půdy odstranit, aniž by se přitom ještě více poškodilo životní prostředí.

Již poměrně dlouho je známo, že některé rostliny nejenže běžně tolerují zvýšené hladiny těžkých kovů, některé je dokonce akumulují v určitých částech svého těla. Odtud pochází nápad na využití rostlin k sanaci znečištěných půd. Vědci proto geneticky upravili rostlinu Arabidopsis thaliana (huseníček Thalův) tak, aby akumulovala arsen pouze v nadzemních částech a nikoli v kořenovém systému - pak se příslušné části rostliny obsahující kov dají bezpečně odstranit.

R. B. Meagher do DNA huseníčku vnesl bakteriální geny pro arsenát reduktázu (arsC) a g-glutamylcystein syntetázu (g-ECS). Arsenát (AsO43-) je totiž velice podobný fosfátu, který je pro rostliny nepostradatelný, a proto ho rostlina běžně svými kořeny přijímá. A právě v této formě se arsen v přírodě převážně vyskytuje. Arsenát reduktáza je enzym, který přeměňuje arsenát na arsenit (AsO33-). Arsenit, který ale představuje vysoce toxickou formu arsenu, pak silně reaguje se skupinami proteinů, které zase vyrábí g-glutamylcystein syntetáza. Touto reakcí je arsen doslova uvězněn a zároveň ztrácí svou škodlivost.

Aby celé schéma dekontaminace půdy zdárně proběhlo, bylo navíc nutné zajistit, aby arsenát reduktáza byla aktivní pouze v nadzemních částech rostlin. Proto byl gen pozměněn tak, že jeho spouštění je silně vázáno na působení světla. Rostlina tedy přijme kořeny arsenát, který se v nadzemní části přemění na arsenit, jenž je vyvázán do bílkovinných komplexů.

Nyní si tedy lze celkem snadno představit, že se na kontaminované půdě vyseje geneticky upravená rostlina, jež bude ve stonku a listech shromažďovat těžké kovy. Nadzemní části se pak lehce odstraní a zlikvidují. Nemusí se totiž vždy jednat pouze o arsen - rozličné kmeny bakterií obsahují různé geny, které by bylo možné pro podobné účely využít.