https://bezpecnostpotravin.cz/nanocasticovy-univerzalni-genovy-prenos-do-intaktnich-rostlin/

https://bezpecnostpotravin.cz/files/2025/06/Petriho-miska_rostlina_orez-300x153.jpg 300w, https://bezpecnostpotravin.cz/files/2025/06/Petriho-miska_rostlina_orez-768x392.jpg 768w" alt="" width="872" height="445" class="wp-image-84646" style="box-sizing: border-box; height: auto; max-width: 100%; border: 0px; display: inline-block; vertical-align: bottom; contain-intrinsic-size: 3000px 1500px;" loading="lazy" decoding="async" />

Už bezmála čtyři desítky let jsou komerčně využívány nejrůznější transgenní plodiny. Jejich expanze byla umožněna vynálezem prvního „univerzálního“ genového přenašeče, modifikovaného plasmidu Agrobacterium tumefaciens simulujícího přirozený vznik „crowngallových“ nádorů na napadených rostlinách. Technika by dnes mohla být označována za rutinní postup přípravy jak rostlin geneticky modifikovaných (GM), tak geneticky editovaných (GE). Popravdě však zdaleka není rutinní, natož univerzální. Již záhy se totiž například ukázalo, že až na výjimky není použitelná pro rostliny jednoděložné. 

Samozřejmě nastalo hledání alternativ. Více či méně se v praxi uplatnily vlastně jen dvě: (i) metoda biolistická, při níž je objekt různě ostřelován nejčastěji zlatými či wolframovými partikulemi s povrchem pokrytým příslušnou DNA či RNA a (ii) metoda využívající různě upravené nosiče virové – pro následnou genovou expresi stabilní, či spíše dočasnou, transientní. 

Jak sám přenos, tak následnou genovou expresi na úrovni „transgenních organismů provázejí četná rizika. Biolistika je proces typu „padni kam padni“ – a pokud zasažená buňka přežije, může být její zotavení provázeno všelikou mutagenezí. A ta je navíc obecným problémem oné dlouhé cesty od transgenní in vitro připravené a pěstované somatické buňky k regenerované rostlině.

Jak se jí vyhnout? Zásadně novou – přirozenými procesy opět inspirovanou – strategii přejímají zhruba v posledních deseti letech botanici od lékařů. Biomedicínská oblast totiž využívá pro přenosy aktivních biomolekul od vakcín po protinádorová terapeutika různé typy nanočásticových suspenzí. Bylo by možné ji aplikovat i na objekty rostlinné? Rostlinná pletiva jsou přece, na rozdíl od živočišných tkání, tvořena buňkami s různě pevnou buněčnou stěnou.

Navzdory tomuto školnímu dogmatu se však opakovaně prokázalo, že tato bariéra není neprostupná pro nanočástice nesoucí funkční plasmidovou DNA, dsRNA či siRNA. Zatím však nebyl prokázán přenos a exprese syntetické mRNA. 

Ověřování těchto technik se již několik let věnuje australská skupina z University Brisbane – viz Yong  et al. 2022. Jako pokusný objekt nejprve využívala oblíbený materiál virologů – rostliny Nicotiana benthamiana. A jako universální vektor různé suspenze 40nm nanočástic podvojného vrstevnatého hydroxidu (LDH) s obsahem různých biomolekul.

Autoři prokázali, že tento systém je schopen do listových buněk či přímo plastidů inzerovat exogenní dsRNA či tzv. small interfering RNA (siRNA). V důsledku RNA interference následně došlo k utišení (silencing) konkrétních cílových genů, účastnících se procesů ochrany rostlin v případech napadení viry či jinými patogeny. Průvodní precizní cytologická analýza ilustrovala, že infiltrované  nanočástice jsou schopny putovat systémy apoplastu i symplastu do vodivých svazků a šířit se rostlinou.

Nejnovější publikace Yong et al 2025 už přinesla velmi ambiciózní konstatování: “Transgeny kódující proteiny, dvouřetězcová RNA (dsRNA), mikroRNA a vodicí RNA (gRNA) byly úspěšně využity k modifikaci důležitých fyziologických vlastností geneticky modifikovaných rostlin.“ Důvod? 

LDH „nanosheets“ byly totiž tentokrát navíc opatřeny proteinovým lysozymovým obalem, který zásadně zvýšil jejich spontánní průnik do intaktních rostlinných pletiv. Autoři tentokrát nesprejovali jen tabákové listy, ale použili hydroponii. Při ní byly nanočástice aktivně přijímány kořenovými špičkami či kořenovými vlásky endocytózou stimulovanou jednak lysozymovým rozvolněním buněčných stěn, jednak aktivací různých relevantních genů.

LDH nanočástice tak účinně vnášely různé typy syntetické mRNA, siRNA a plasmidové DNA nejen do tabákových listů a kořenů, ale také do kalusů, květů, či vyvíjejícího se pylu. A to modelů jak dvouděložných, tak jednoděložných. Vedle již zmíněného N. benthamianum také rostlin Arabidopsis thaliana, či ze zygotických embryí odvozeného kalusu Sorghum bicolor. Injekčně byly nanočástice vpravovány do květních pupenů Solanum lycopersicum – i do jejich sterilně pěstovaných pylových kultur. Jako marker účinného vstupu genetické informace byla použita plasmidová DNA kódující tvorbu GFP. Výsledky – vesměs pozitivní. 

Možná jsme opravdu na počátku další převratné technologie. Přesto – buďme opatrní. Nejsou tyto „komerční vize“ až příliš optimistické? Budeme úspěšní nejen v procesu univerzálního vnášení informačních RNA či DNA molekul, ale hlavně v rutinním odvozování/regeneraci stabilních transgenních rostlin pro vědu i praxi? Uvidíme.

Autorský komentář prof. RNDr. Zdeňka Opatrného, CSc., emeritního profesora PřF UK v Praze

Literatura:

• YONG,J. et al: Clay nanoparticles efficiently deliver small interfering RNA to intact plant leaf cells.-  Plant Physiol. 190: 2187-2202, 2022
• YONG,J et al.: Lysozyme – coated nanoparticles for active uptake and delivery of synthetic RNA and plasmid-encoded genes in plants.- Nature Plants 11: 131-144, 2025

Zdroj: BIOTRIN