Agresivní druhy kůrovců, jako je lýkožrout smrkový, dlouhodobě patří mezi nejzávažnější škůdce našich jehličnatých porostů. Každý lesník ví, že jejich populace se dokáže během krátké doby dramaticky rozrůst a tyto změny jsou úzce spjaty se zdravotním stavem lesa a klimatickými podmínkami. Co si ale často neuvědomujeme, je skutečnost, že tito škůdci – stejně jako všechny ostatní živé organismy – mají svůj „genetický manuál“: genom, v němž jsou zakódovány veškeré informace potřebné k jejich přežití a rozmnožování a chování. Hloubkové porozumění tomuto souboru genů může otevřít cestu k zcela novým konceptům ochrany lesa.
V genomu kůrovců se nacházejí nejen geny zajišťující základní životní funkce – jako je dýchání, trávení, vývoj nebo rozmnožování – ale také geny řídící tzv. sekundární metabolismus. Ty mohou například kódovat produkci nebo schopnost detekce pachových signálů (feromonů), jimiž kůrovci navzájem komunikují, nebo odolnost vůči toxickým látkám, které stromy uvolňují, aby se vůči kůrovcům ubránily. Tyto geny se vyvíjely po stovky milionů let v rámci evolučních „závodů ve zbrojení“ mezi obrannými strategiemi stromů a adaptacemi kůrovců, které jim umožnily tyto obranné mechanismy obcházet a překonávat.
Co dnes dokáže genetika
Díky rychlému rozvoji molekulární biologie a nástupu tzv. postgenomické éry – tedy období posledních zhruba dvaceti let, kdy máme k dispozici podstatně hlubší vhled do genomů mnoha organismů – mohou dnes vědci zkoumat i složité ekologické a biologické otázky na úrovni jednotlivých genů. To znamená, že je nyní možné určovat konkrétní geny podle toho, jak moc jsou právě aktivní. Tuto aktivitu sledujeme v tzv. transkriptomu, což je soubor všech přepisů genů do tzv. messenger RNA (mRNA). Tyto mRNA molekuly slouží jako dočasný návod pro výrobu bílkovin – tedy finálních produktů genové informace.
Na rozdíl od samotných genů, které se v genomické DNA vyskytují v pevně daném množství, množství jednotlivých mRNA se může lišit podle aktuálních potřeb organismu. Jinými slovy – když tělo potřebuje více určité bílkoviny, zvýší se aktivita odpovídajícího genu a vytvoří se více mRNA, která tuto informaci zprostředkuje.
Vědci dnes navíc umí přečíst celé genetické sekvence cílových genů a tyto sekvence následně vložit do jednoduchých organismů nebo laboratorních buněk. Ty pak podle těchto genů vytvoří odpovídající bílkoviny. Díky tomu lze přesně zjistit, jakou biologickou funkci daný gen plní – například jak ovlivňuje chování buňky nebo celého organismu.
Takto detailně charakterizované geny je pak možné cíleně ovlivňovat pomocí moderních genetických nástrojů. Jednou z metod jsou tzv. genové nůžky (CRISPR-Cas). Tato metoda, za jejíž objev byla v roce 2020 udělena Nobelova cena, umožňuje „vystřižení“ konkrétního genu, nebo jejich souboru, z genomu. Tím dochází k trvalé a dědičné změně genetické informace v organismech, což tuto metodu řadí mezi genetické modifikace organismů (GMO) a činí ji obtížně aplikovatelnou v otevřené přírodě. Jiná metoda, která má velký poteciál například v zemědělství, a je intenzivně zkoumána i pro použití v lesnictví, je RNA interference (RNAi). Na rozdíl od genových nůžek se zde dočasně potlačí přenos genetické informace z genu na protein –tím, že se zasáhne do dočasně přepsaného genu na úrovni mRNA. Tento zásah je nědědičný a proto se metoda legislativně neřadí mezi GMO techniky.
Možnosti praktického využití
Pokud se podaří zablokovat geny, které u hmyzu řídí základní životní funkce – například dýchání, vývoj nebo rozmnožování – brouk uhyne. Takový zásah má účinek srovnatelný se silným insekticidem, ovšem s výhodou vyšší cílenosti a nižšího rizika dopadu na necílové organismy. Použitá činidla v případě RNA interference (RNAi), fungují jako „záslepka“ pro konkrétní mRNA šablonu, a připravují se jako tzv. dvouvláknová RNA (dsRNA). Tato molekula je navržena tak, aby odpovídala specifické části cíleného genu škůdce. Díky tomu působí pouze na konkrétní druh – neovlivňuje tedy jiné, ani blízce příbuzné organismy.
Další výhodou oproti běžným insekticidům je, že tato činidla nejsou toxická, jsou rozpustná ve vodě a v prostředí se rychle rozkládají – obvykle během několika dní – na neškodné produkty. V zemědělství je výzkumu těchto látek věnována velká pozornost a některé produkty se už komerčně využívají. Příkladem je přípravek určený k ochraně brambor proti mandelince bramborové.
V lesnictví se výzkum zatím zaměřuje zejména na škodlivé druhy hmyzu, včetně kůrovců. Vědecké pokroky byly zaznamenány například u amerických lýkohubů (Dendroctonus frontalis a dalších druhů rodu Dendroctonus) nebo u lýkožrouta Ips calligraphus. Metoda RNAi se rovněž testovala u brouka Agrilus planipennis (krasec, který ničí jasany), kde vedla ke zvýšení jeho mortality.
Zajímavým směrem je cílení na geny, jejichž potlačení nemusí vést k úplnému vyhubení škůdce, ale pouze ke snížení jeho škodlivosti. Například i lýkožrout smrkový představuje důležitou přirozenou součástí lesních ekosystémů, kde plní množství ekologických funkcí, a jeho úplné odstranění není cílem. Problém nastává až při jeho přemnožení v hospodářských lesích, přičemž jeho hlavní zbraní je schopnost agregace, tedy shromažďování většího množství jedinců ke koordinovanému útoku na zdravé stromy. Tato schopnost je zprostředkována agregačním feromonem. Pokud by se podařilo „vypnout“ geny, které řídí jeho tvorbu, brouci by ztratili schopnost masového svolávání a jejich schopnost hromadně usmrcovat stromy by výrazně klesla.
Podobně je možné zaměřit se na geny, které řídí vnímání pachů – jejich narušením by brouci obtížněji nacházeli jednak své druhy, ale také vhodné hostitelské stromy. Další možností je zásah do genů, které umožňují detoxikaci obranných látek produkovaných stromy. Pokud by brouk ztratil schopnost odolávat například smolným složkám obranné pryskyřice, mohl by se při napadení stromu otrávit.
Hlavní výzvou v lesnické praxi však zůstává otázka, jak taková dsRNA činidla aplikovat ve velkém měřítku. V případě jednotlivých stromů byla testována přímá aplikace formou vodného roztoku na listy nebo kůru, případně injektáž dsRNA do vodivých pletiv, odkud se látka šíří po celém stromě a hmyz se k ní dostane požerem. Problémem však zůstává nestabilita dsRNA, která sice přispívá k její snadné odbouratelnosti v přírodě, ale zároveň omezuje její praktické využití. Molekula špatně snáší výkyvy teplot, rychle degraduje působením UV záření, tepla a mikroorganismů, a její účinek je proto časově omezený. Proto se hledají způsoby, jak tyto molekuly stabilizovat, například navázáním na nanočástice nebo polymerní nosiče, které by umožnily jejich použití v rozsáhlejších oblastech lesa. Na úrovni experimentálního výzkumu se také zkoumá možnost přenosu dsRNA pomocí neškodných virů, které by sloužily jako „nosiče“ této genové záslepky přímo do těla cílového hmyzu.
Dlouhá cesta z laboratoře do lesa
Mezi úspěšnými laboratorními experimenty a reálným využitím genetických metod v lesnické praxi zatím stojí řada dosud nepřekonaných překážek. Na technické úrovni je například nutné určit, které geny představují vhodný cíl – zda má smysl zasahovat do životně důležitých (letálních) genů, které způsobí úhyn škůdce, nebo raději mírněji ovlivňovat jeho chování (například schopnost vnímat feromony). Stejně zásadní je otázka, jak takové zásahy aplikovat bezpečně, účinně a cíleně v podmínkách lesa – prostředí, které se od zemědělských ploch výrazně liší svou rozlohou, druhovou a genetickou rozmanitostí stromů i škůdců, a také přítomností řady necílových organismů, včetně užitečných predátorů. Dalším významným úkolem je zvýšení stability samotného genetického činidla, které je dosud velmi citlivé na vnější podmínky.
A i když se tyto technické výzvy podaří v budoucnu vyřešit a vznikne účinný produkt i vhodný způsob jeho aplikace, čekají celý koncept další překážky – tentokrát legislativní a společenské. Manipulace s genetickým materiálem v přírodním prostředí je přísně regulována a podléhá náročným schvalovacím procesům. Vedle toho je tu i otázka veřejného přijetí těchto metod, které mohou vyvolávat obavy z narušování přirozených procesů v ekosystému.
Dále je potřeba počítat s nutností registrace těchto produktů pro různé trhy, což vyžaduje rozsáhlou dokumentaci o jejich bezpečnosti, účinnosti a kvalitě – tedy údaje, které zatím v potřebném rozsahu chybí. A konečně nelze opomenout ani ekonomickou stránku – vývoj, výroba a praktické použití těchto metod musí být finančně proveditelné, aby vůbec mohly najít uplatnění v reálné lesnické praxi.
Závěrem
Je důležité si uvědomit, že ochrana lesa založená na zásazích do genů škůdců se v současnosti nachází ve fázi výzkumného konceptu, a lesnické aplikace zatím stojí spíše na začátku své cesty. Přesto však první výsledky a zkušenosti ze zemědělství naznačují, že se jedná o přístup, který si zaslouží další pozornost. Genetické metody mohou do budoucna nabídnout nový, cílený a šetrný nástroj, který by mohl rozšířit současné možnosti ochrany lesa.
Zároveň platí, že základem udržitelného lesního hospodaření musí i nadále zůstat pestrá dřevinná a věková skladba lesů, přizpůsobená měnícím se klimatickým podmínkám.Zásahy do genomu škůdců je proto třeba vnímat nikoli jako náhradu tradičních metod, ale jako možný doplněk celkového systému ochrany lesa – po důkladném prozkoumání jejich účinnosti, bezpečnosti a ekonomické smysluplnosti.
Za tímto účelem je žádoucí otevřít diskuzi o tom, jak by bylo možné genetické metody integrovat do existujících opatření, jako jsou sanitární těžby, lapače a lapáky, chemická i mechanická asanace nebo biologická ochrana. Pokud bude výzkum pokračovat, mohou tyto inovativní přístupy v budoucnu rozšířit lesníkům dostupný nástrojový arzenál – a poskytnout další možnosti, jak účinněji čelit sílícím disturbancím a stabilizovat poskytování ekosystémových funkcí při rychlých změnách klimatu.
