Za každou inovací stojí léta výzkumu, experimenty i nečekané objevy. Nejinak tomu bylo i v případě technologie TFU®, která dnes představuje novou generaci rostlinných biostimulantů zaměřených na podporu kořenového systému, efektivnější využití vody a živin i lepší zvládání nepříznivých podmínek.

O tom, jak technologie TFU® vznikala, co se v rostlině po její aplikaci odehrává a proč je její mechanismus účinku tak výjimečný, nám více řekne pan Mgr. Jaroslav Nisler, Ph.D., vědec z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd České republiky a autor technologie TFU®.

Mohl byste se na úvod představit? Jaká byla Vaše profesní cesta?

Vystudoval jsem učitelství biologie a chemie na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci (UP). Následně jsem získal doktorát z fyziologie rostlin a o několik let později také doktorát z organické chemie na Vysoké škole chemicko-technologické v Praze.

Od roku 2009 působím v Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a od roku 2022 vedu Izotopovou laboratoř, která se zaměřuje mimo jiné na syntézu radioaktivně značených látek pro biologický výzkum. Úzce také stále spolupracuji s pracovištěm CATRIN na UP. Po celou svou profesní dráhu se věnuji vývoji nových biologicky aktivních látek pro rostliny – od jejich návrhu a chemické syntézy až po studium jejich biologických účinků. Výsledkem této práce jsou například biostimulanty MTU® a TFU®, které zvyšují odolnost rostlin vůči stresu a zlepšují využití živin. Právě vývoj nových látek a hledání jejich mechanismu účinku je oblast, které se věnuji dodnes.

Technologie TFU® nevznikla ze dne na den. Jak se zrodila původní myšlenka a jak dlouhá byla cesta od prvního nápadu až k jejímu praktickému využití?

Historie vývoje látky TFU® je poměrně dlouhá (10-15 let) a úzce souvisí s výzkumem cytokininů a enzymu cytokinin oxidázy/dehydrogenázy (CKX) na Přírodovědecké fakultě UP. Již kolem roku 2014 jsem navrhoval a syntetizoval nové inhibitory enzymu CKX, který reguluje hladinu cytokininů v rostlinách. Postupně jsme vytvořili rozsáhlou knihovnu nových sloučenin, které byly testovány na svou schopnost inhibovat tento enzym a následně patentovány.

Celý vývoj probíhal podle principu „structure–activity relationship“, tedy systematického hledání vztahu mezi chemickou strukturou molekul a jejich biologickou aktivitou. Po několika letech jsme se rozhodli nejlepší látky otestovat také přímo na rostlinách. A právě tehdy jsme narazili na velmi zajímavý objev. Látka, kterou jsme tehdy označovali jako CKX inhibitor č. 19 a která je dnes známá jako TFU®, se chovala úplně jinak, než jsme očekávali. Místo typických účinků inhibitorů CKX výrazně podporovala růst kořenů. Právě tento nečekaný výsledek otevřel cestu k technologii TFU®.

Kdy jste si uvědomil, že máte v rukou něco skutečně výjimečného?

Na ten okamžik si velmi dobře vzpomínám. Nešlo ale jen o TFU®, ale obecně o celou skupinu látek, které jsme v té době vyvíjeli. Prvním zásadním milníkem bylo zjištění, že námi navržené inhibitory enzymu CKX jsou až tisíckrát účinnější než sloučeniny, které byly do té doby popsány v odborné literatuře. Už tehdy bylo jasné, že jsme se vydali správným směrem.

Skutečný zlom ale nastal ve chvíli, kdy jsme začali tyto látky testovat přímo na rostlinách. Očekávali jsme, že jako inhibitory CKX budou vykazovat určité známé účinky, místo toho jsme ale pozorovali něco zcela nečekaného – výraznou stimulaci růstu kořenů. Navíc k tomu docházelo při mimořádně nízkých koncentracích, což naznačovalo, že jde o hormonálně řízený efekt. V tu chvíli jsem si uvědomil, že máme v rukou molekuly s opravdu výjimečným potenciálem a že jejich mechanismus účinku může být mnohem zajímavější, než jsme původně předpokládali.

Jak vlastně TFU® funguje?

Než vysvětlím, co se po aplikaci TFU® v rostlině děje, je důležité zmínit jednu zajímavou věc. Pozitivní účinky TFU® na růst kořenů NEsouvisejí s inhibicí enzymu cytokininoxidázy (CKX). Ukázalo se, že TFU® inhibuje také enzymy zodpovědné za inaktivaci auxinů, tedy rostlinných hormonů, které hrají klíčovou roli právě při tvorbě a růstu kořenového systému.

Co se po aplikaci TFU® v rostlině děje?

Rostliny si samy vytvářejí růstový hormon auxin, konkrétně kyselinu indol-3-octovou (IAA), která řídí růst a větvení kořenového systému. Tento hormon je však v rostlině poměrně rychle inaktivován nebo odbouráván. TFU® inhibuje enzymy zodpovědné za inaktivaci auxinu. Jinými slovy, prodlužuje životnost přirozeně vytvořeného auxinu v rostlině. Díky tomu může auxin působit déle a účinněji, což vede k intenzivnějšímu větvení kořenů, většímu kořenovému systému a následně i k lepšímu příjmu vody a živin.

Na tomto přístupu je podle mě nejzajímavější to, že je velmi elegantní. Syntetické auxiny patří mezi nejvýznamnější skupiny herbicidů. Ve vysokých koncentracích totiž naruší hormonální rovnováhu rostlin natolik, že způsobí jejich odumření. Právě proto se samotné auxiny nebo jejich analogy jako růstové stimulátory v zemědělství využívají jen velmi omezeně – je obtížné zvolit dávku, která podpoří růst, ale rostlinu nepoškodí. TFU® funguje zcela jiným způsobem. Rostlině žádný auxin nedodává. Pouze zpomaluje odbourávání jejich vlastních auxinů, které si rostlina sama syntetizuje. Rostlina tedy není vystavena nepřirozeně vysokým koncentracím hormonu. Dochází pouze k tomu, že její vlastní auxiny zůstávají aktivní o něco déle, což podporuje větvení kořenů a růst kořenového systému.

Jedním z často zmiňovaných parametrů TFU® je mimořádně nízká aplikační dávka. Jak je možné, že funguje už v tak malém množství?

Je to dáno tím, že i samotné rostlinné hormony působí v rostlinách ve velmi nízkých koncentracích, často v řádu nanomolů. To platí i pro auxiny, které řídí růst a vývoj kořenového systému. Pokud chceme ovlivnit jejich metabolismus, musíme zasahovat velmi citlivě. Příliš vysoké dávky by totiž mohly narušit přirozenou hormonální rovnováhu a mít naopak negativní účinek.

TFU® proto nepůsobí jako klasický stimulátor, který rostlině dodává další hormony. Pouze jemně ovlivňuje metabolismus jejích vlastních auxinů a prodlužuje jejich biologickou aktivitu. Díky tomu stačí skutečně velmi malé množství účinné látky k vyvolání měřitelné biologické odpovědi, aniž by docházelo k narušení přirozené regulace růstu. Navíc se zde bavíme o ošetření semen, nikoliv o postřiku. K ošetření semen je potřeba nižší dávka než u postřiku. Látka je pravděpodobně absorbována již při ošetření do semene a mladá vyvíjející se rostlinka má již TFU® (inhibitor inaktivace auxinu) ve svém těle.

Který okamžik Vás přesvědčil, že technologie skutečně funguje?

Přesvědčily mě především výsledky skleníkových a následně polních pokusů. V laboratoři člověk může naměřit řadu zajímavých parametrů, ale skutečný důkaz přichází až ve chvíli, kdy vidí účinek přímo na rostlinách. Velmi silný dojem na mě udělaly první fotografie kořenových systémů rostlin ošetřených TFU®. Překvapilo mě, jak výrazně dokázala tato látka podpořit růst kořenů, přestože byla aplikována v mimořádně nízké dávce. Stejně působivé byly první polní pokusy. Viděli jsme, že ošetřené porosty pšenice vzcházejí rychleji a jsou vitálnější než neošetřená kontrola. A když se tyto výsledky opakovaně potvrdily v řadě nezávislých polních pokusů, kde technologie vedla k významnému zvýšení výnosu, bylo jasné, že nejde o náhodný efekt, ale o technologii s reálným praktickým přínosem.

Jak může technologie TFU® pomoci dnešnímu zemědělství?

Myslím, že odpověď je v podstatě velmi jednoduchá. Pokud se rostlině podaří hned na začátku vegetace vytvořit větší a lépe rozvětvený kořenový systém, získá obrovskou výhodu. Dokáže prozkoumat větší objem půdy, přijmout více vody a spolu s ní i více živin, jako je dusík, fosfor nebo další minerální prvky nezbytné pro růst. Celý princip technologie TFU® tedy spočívá v tom, že silnější kořenový systém zvyšuje schopnost rostliny využívat přirozené zdroje z půdy. Díky tomu lépe odolává období sucha, efektivněji hospodaří s vodou a současně dokáže lépe využít živiny, které jsou v půdě k dispozici.

Technologie vyvinutá v České republice se dnes dostává do zemědělské praxe v celé Evropě. Co to pro Vás znamená?

Pro mě je asi nejdůležitější vědomí, že více než deset let práce neskončilo jen odbornými publikacemi. Podařilo se nám výsledky výzkumu ochránit patenty, navázat spolupráci s průmyslovým partnerem a převést je do technologie, která bude skutečně používána v zemědělské praxi. To je pro mě asi ta největší odměna. Společnost INTRACROP technologii několik let ověřovala v rozsáhlých polních pokusech a následně ji uvádí na evropský trh. Mám velkou radost z toho, že se výsledky našeho výzkumu dostanou k zemědělcům a pomohou jim lépe zvládat období sucha, efektivněji využívat živiny a hospodařit udržitelněji. Pokud naše technologie přispěje k vyšším výnosům při nižší spotřebě hnojiv, bude to přínos nejen pro zemědělce, ale i pro životní prostředí. Lepší využití dusíku znamená menší ztráty do ovzduší i vod, nižší emise skleníkových plynů a šetrnější hospodaření s přírodními zdroji. Právě vědomí, že náš výzkum může pomáhat lidem i přírodě, je pro mě tou největší motivací a odměnou.