Pěstování ječmene, po pšenici druhé nejstarší obilniny, sahá do počátku uvědomělého zemědělství a to do oblasti tzv. úrodného půlměsíce. Vždyť ječné bochánky jedli již stavitelé pyramid! V oblastech původu sloužil ječmen jako potravina, byl semílán na mouku a pekli se z něj především vdolky a lívance. Méně pak se užíval jako krmivo. Ječmen byl znám také jako rostlina léčivá s protizánětlivými a aseptickými účinky a jeho odvar sloužil k posílení lidského organismu.

Četné archeologické nálezy poukazují na pěstování ječmene v našich zemích v době 500 let př. n. l., používal se jako chlebovina. Původně se u nás pivo vařilo z pšenice, až v 17. století se přešlo na vaření piva z ječného sladu.

Stále častěji se v tisku setkáváme s informacemi o příznivém účinku ječmene na lidské zdraví. Dokonce od května roku 2006 existuje směrnice vydaná americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA), která povoluje označovat potraviny s obsahem ječmene zdravotním tvrzením, že tyto potraviny „mohou snižovat riziko koronárních srdečních onemocnění". Existují také snahy o zvýšení podílu rozpustné vlákniny v pekařských výrobcích přídavkem ječné mouky. Cennými látkami v této cereálii jsou beta-glukany, vláknina a také antioxidanty.

Úsilí o stálé zlepšování ječmene ho staví do pozice vhodného kandidáta pro genetické inženýrství. Již před několika lety byly vyvinuty linie ječmene imunní k virózám, rezistentní ke kořenové hnilobě a se zlepšenými vlastnostmi pro sladování a následnou výrobu piva. V současné době probíhají na univerzitě v Giessenu a Nurembergu v Německu polní pokusy se dvěma liniemi ječmene. Polní pokusy poskytují bližší pohled na vlastnosti dvou transgenních odrůd, z nichž první produkuje enzym rozrušující buněčnou membránu patogenní houby a druhá linie vytváří pozměněný enzym, který zlepšuje kvalitu a vlastnosti sladu k výrobě piva.

Pozměněný ječmen se úbrání plísni způsobující kořenovou hnilobu

Patogenní plísně Rhizoctonia solani a Rhizoctonia oryzae se stále více celosvětově rozšiřují, zejména na severozápadě Spojených států a v jižní Austrálii. Tyto plísně signifikantně snižují výnos a napadení není na nadzemní části rostliny viditelné. Zemědělci desítky let zkoušeli vymyslet efektivní způsob zneškodnění Rhizoctonie. Fungicidy poskytují jistou možnost, ale rezidua pesticidů v půdě znamenají zásah do životního prostředí a jsou také finančně náročné.

Šlechtitelé se roky pokoušeli zlepšit rezistenci ječmene proti chorobám klasickým křížením. Do dnešní doby, hledání genetického materiálu pro šlechtitelské programy je bezvýchodné a působí zklamání. Mezi možnými partnery ke křížení s ječmenem se nevyskytuje žádný s dobrou rezistencí k Rhizoctoii.

Existuje však jedna zajímavá cesta, tou je biologická ochrana prostřednictvím plísně Trichoderma harzianum. Trichoderma napadá a požírá buňky různých plísní, včetně Rhizoctonie. Kokteil látek, které Trichoderma používá ke strávení potravy zahrnuje enzym nazývaný chitináza, který rozkládá chitin. Chitin je nezbytnou sočástí buněčných stěn hub. Existují různé formy chitinu a stejně tak i chitináz. Ječmen obsahuje několik chitináz, ale žádná neúčinkuje proti Rhizoctonii.

Vědci z washingtonské univerzity ve Spojených státech v roce 2003 publikovali, že se jim podařilo úspěšně vložit gen pro chitinázu z Trichodermy do genomu ječmene. Vzniklé rostliny vykazovaly vysoký stupeň rezistence k Rhizoctonii.

Lepší slad z transgenního ječmene

Při výrobě piva se tradičně, již od dob starověku, používají pouze tři suroviny: voda, slad a chmel. Další důležitou součástí technologie jsou kvasinky, které přeměňují cukry na alkohol. Výrobci nakupují speciální kultury kvasinek v závislosti na druhu budoucího piva.

Surovinou pro výrobu sladu jsou obilky ječmene, které se nejdříve máčí, potom luští a v závěru hvozdí. Máčení aktivuje obilku a připraví ji ke klíčení, během fáze luštění dochází k aktivaci enzymů a rozkladu škrobu na jednoduché cukry, které jsou zkvasitelné pivovarskými kvasinkami. Při hvozdění působí na klíčící ječmen vysoké teploty a zpomalují se, až zastavují enzymatické pochody.

Alternativními surovinami k výrobě piva mohou být i pšenice nebo kukuřice, tradičně se však používá ječmen. Jedním z původních důvodů bylo to, aby cennější obiloviny, pšenice nebo rýže, zůstaly k výživě lidí. Kromě toho má ječmen vyšší obsah enzymů nutných k rozštěpení škrobu na jednoduché cukry.

Čím delší sladování, tím více času mají enzymy k rozkládání polysacharidů, ovšem příliš dlouhý proces vede k tomu, že obilka začne jednoduché cukry využívat ke klíčení. Proto jsou tepelným zásahem inaktivovány enzymatické pochody ve fázi hvozdění. Zbylé nerozložené škroby již nejsou metabolizovatelné kvasinkami. Pro piva českého typu je charakteristický vyšší podíl nerozložených škrobů, které mu dávají plnost a chlebnatost.

Nerozložené buňky endospermu mohou při výrobě piva činit sládkům problémy, zejména nežádoucím způsobem zvyšovat viskozitu a zanášet filtry. Moderní biotechnologie má už vykročeno k řešení tohoto problému. Geny pro enzymy štěpící škroby (amylázy) a enzymy narušující buněčné stěny endospermu (glukanázy) je možné v mikroorganizmech produkovat ve velkém měřítku.

Většina výrobců nakupuje enzymové preparáty k optimalizaci výroby. Ale co kdyby původně přítomné enzymy v ječmeni zůstaly aktivní i po tepelném záhřevu? To by vedlo ke zlepšení celého procesu bez nutnosti použít enzymových přípravků. Přesně tímto se zabývají vědci na washingtonské státní univerzitě. Vypůjčili si geny pro glukanázu z bakterie a identifikovali nejstabilnější formy vůči záhřevu, tyto posléze přenesly do ječmene. Výsledek byl překvapivý, vnesené enzymy zůstávají aktivní při hvozdění dlouhém 4 hodiny. Vlastní glukanázy přirozeně se vyskytující v ječmeni jsou při stejných podmínkách deaktivovány již po čtyřech minutách.

Ječmen se zvýšenou glukanázovou aktivitou je také cennější z hlediska krmivářství. Drůbež krmená ječmenem má nízké přírůstky, jelikož nedokáže rozrušit buněčné stěny endospermu.

Polní pokusy v Německu

V Německu jsou právě polním pokusům podrobovány obě v předchozím textu zmíněné modifikované formy ječmene, rezistentní vůči Rhizoctonii a linie s tepelně stabilní glukanázou. Vědci sledují, zda při genové expresi nedochází k nějakým neočekávaným změnám. Dále se ujišťují, zda nedochází ke změnám v kvalitě zrna.

Zdroj: Gate2Biotech