Sorghum Tansania

Biofortification: Gegen den versteckten Hunger

In Entwicklungsländern - dort wo stärkehaltige Pflanzen wie Reis, Cassava (Maniok) oder Hirse Grundnahrungsmittel sind - nehmen die Menschen zu wenig Mikronährstoffe wie Vitamin A, Eisen oder Zink auf. Dieser „versteckte Hunger“ ist die Ursache für Millionen von Krankheits- und Todesfällen. In den betroffenen Regionen werden deshalb Nährstoffpräparate und industriell angereicherte Lebensmittel verteilt. Ein neues Konzept ist es, Mikronährstoffe in Grundnahrungspflanzen anzureichern. Schon seit längerem arbeiten Pflanzenzüchter und Forschungseinrichtungen daran. Dabei kommen auch - aber nicht allein - gentechnische Methoden zum Einsatz.

Cassava

Cassava oder Maniok. Die Wurzeln sind in Teilen Afrikas das wichtigste Grundnahrungsmittel. Mit gentechnischen Methoden wurden sie mit Vitamin E, Eisen und Zink angereichert.

Foto: IFDC-Photography

Großes Foto oben: ICRISAT

Süßkartoffel

Orange Süßkartoffeln: Mit konventionellen Züchtungsmethoden ist es Wissenschaftlern am International Potato Center (CIP) gelungen, eine orangefarbene Süßkartoffel mit erhöhtem Vitamin A-Gehalt zu entwickeln. Sie wurde in zehn afrikanischen Ländern an zwei Millionen Kleinlandwirte verteilt. Die Mangelernährung konnte dadurch gesenkt werden.

Foto: S. Quinn / International Potato Center (CIP), CC BY-NC-SA 2.0 

Sorghum afrika

Hirse oder Sorghum ist ebenfalls ein Grundnahrungsmittel in weiten Teilen Afrikas. Mit gentechnischen Methoden ist es gelungen, Hirse mit Provitamin A, Vitamin E, Eisen und Zink anzureichern sowie die Proteinverdaulichkeit und -qualität zu verbessern. Derzeit wird die Hirse auf ihre biologische Sicherheit geprüft.

Foto: ICRISAT-CC BY-NC 20

Hunger bedeutet nicht ausschließlich mangelnde Kalorienzufuhr. In vielen Teilen der Welt, vor allem in Entwicklungsländern, leiden die Menschen an zum Teil schweren Gesundheitsschäden, die durch einen Mangel an so genannten Mikronährstoffen verursacht werden.

Mikronährstoffe sind Substanzen, die der menschliche Organismus benötigt, aber nicht selber produzieren kann. Dazu gehören Vitamine, Spurenelemente und bestimmte Aminosäuren. Um ausreichend mit Mikronährstoffen versorgt zu sein, muss man Obst und Gemüse konsumieren.

Viele Menschen in Entwicklungsländern können sich das jedoch nicht leisten. Dort basiert die Ernährung meistens auf einer einzigen Grundnahrungspflanze, etwa Reis in Asien, Maniok (Cassava), Bananen, Hirse oder Süßkartoffeln in Teilen Afrikas. Dabei werden in der Regel die Speicherorgane gegessen, die hauptsächlich Stärke enthalten. Die Folgen einer solchen einseitigen Ernährung sind unter anderem Wachstums- und Entwicklungsstörungen, eine erhöhte Infektanfälligkeit und damit eine erhöhte Sterblichkeit oder – im Fall von Vitamin A-Mangel – Erblindung.

In den letzten Jahrzehnten wurden in vielen Entwicklungs- und Schwellenländern industriell angereicherte Nahrungsmittel und Nahrungsergänzungspräparate verteilt, die wichtige Mikronährstoffe enthalten. Trotz beachtlicher Erfolge gab und gibt es dabei eine Reihe von Problemen.

So ist es oftmals schwierig, die Produkte in entlegene ländliche Gegenden zu transportieren oder die Betroffenen davon zu überzeugen, dass sie diese Nahrungsmittel und Präparate tatsächlich und regelmäßig zu sich nehmen. Zudem müssen die Produkte fortlaufend hergestellt und verteilt werden, was erhebliche Kosten verursacht.

Seit den 1990er Jahren arbeiten Wissenschaftler daran, Mikronährstoffe in lokalen Nahrungspflanzen anzureichern. Der Vorteil dabei ist, dass diese Pflanzen die fehlenden Nährstoffe Jahr für Jahr selbst produzieren, die dann mit der täglichen Nahrung aufgenommen werden. Aufwändige Programme zur Verteilung sind somit nicht mehr notwendig.

Weder angereicherte Nahrungsmittel noch Ergänzungspräparate können oder sollen jemals eine ausgewogene und vielseitige Ernährung ersetzen. Dennoch setzen Organisationen wie die WHO und die FAO auf diese Maßnahmen, denn das Problem, dass viele Menschen zu arm sind, um sich eine ausgewogene Ernährung zu leisten, ist auch mittelfristig kaum lösbar.

Biologische Anreicherung mit konventioneller Züchtung

2004 startete die Consultative Group for International Agricultural Research (CGIAR) das Programm HarvestPlus, an dem inzwischen weltweit über zweihundert Wissenschaftler verschiedener Forschungsinstitute beteiligt sind. Dabei wird mit Sorten gearbeitet, die in Entwicklungsländern angebaut und konsumiert werden. Die ersten mit Mikronährstoffen angereicherten Nahrungspflanzen sind bereits auf dem Markt: Eine afrikanische Süßkartoffelsorte und eine afrikanische Cassavasorte, beide mit erhöhtem Provitamin A-Gehalt, außerdem Bohnen und Perlhirse für Ruanda bzw. Indien, die mit Eisen angereichert sind. Mit Zink angereicherter Reis wird in Bangladesh angebaut, Weizen mit erhöhtem Zinkgehalt in Pakistan.

Biofortification - mit oder ohne Gentechnik?

Eine Anreicherung mit Mikronährstoffen ist mit konventionellen Züchtungsmethoden möglich,

-wenn es verwandte Pflanzen oder Sorten gibt, die etwa einen hohen Vitamin-Gehalt haben und die in Kultursorten eingekreuzt werden können.

Gentechnisch Verfahren sind notwendig,

-wenn nährstoffreiche Pflanzen im Genpool einer Art nicht vorhanden sind. Das ist etwa bei Reis in Bezug auf Vitamin A der Fall.

-wenn die mit konventionellen Züchtungsmethoden erzielbare Anreicherung zu gering ist.

Biologische Anreicherung mit gentechnischen Methoden

Im Rahmen der Grand Challenges in Global Health Initiative, die 2003 von der Gates Foundation ins Leben gerufen wurde, werden mit Hilfe gentechnischer Methoden verschiedene Mikronährstoffe in Reis, Cassava, Sorghum (Hirse) und Bananen angereichert. Die so entwickelten Pflanzen sollen in lokale Sorten eingekreuzt werden und für Kleinbauern in Entwicklungsländern ohne Lizenzgebühren zugänglich sein. Wissenschaftler von verschiedenen Instituten aus der ganzen Welt sind an der Initiative beteiligt. Das bekannteste Projekt ist der Goldene Reis, an dem bereits seit den 1990er Jahren gearbeitet wird und der durch gentechnische Veränderung Provitamin A enthält.

Das Projekt BioCassava Plus hat die Anreicherung mit verschiedenen Mikronährstoffen in den essbaren Wurzeln von Cassava (Maniok) zum Ziel. Außerdem soll der Proteingehalt erhöht und der Gehalt an giftigem Cyanid verringert werden. Eine gentechnisch veränderte Cassava-Sorte mit erhöhtem Provitamin A-Gehalt wurde schon 2010 in Feldversuchen in Nigeria getestet. Das Projekt wurde aber inzwischen eingestellt, da auch mit konventionellen Methoden Provitamin A-angereicherte Cassava-Sorten gezüchtet werden konnten, die in Nigeria bereits auf dem Markt sind. Erfolge können bei BioCassava Plus aber im Hinblick auf die Entwicklung von Cassava mit erhöhten Eisen- und Zink-Gehalten verzeichnet werden. In Puerto Rico wurden bereits Feldversuche mit dieser Cassava durchgeführt.

In dem Projekt Africa Biofortified Sorghum wird daran gearbeitet, Hirse mit Provitamin A, Vitamin E, Eisen und Zink anzureichern sowie die Proteinverdaulichkeit und -qualität zu verbessern. Da in anderen Hirsesorten sowie nah verwandten Arten diese Merkmale nicht zu finden sind, kann man das Ziel allein mit konventioneller Züchtung nicht erreichen. Daher arbeiten die Wissenschaftler bei Africa Biofortified Sorghum auch mit gentechnischen Methoden und konnten so eine Sorghum-Sorte entwickeln, die alle erwünschten Eigenschaften aufweist. Nun wird die neue Sorte hinsichtlich der biologischen Sicherheit für Mensch und Umwelt und der rechtlichen Anforderungen geprüft, bevor eine Zulassung beantragt werden kann.

In einem anderen Projekt haben Wissenschaftler in Australien eine Banane gezüchtet, die mit Provitamin A angereichert ist. Dabei wurden Gene aus einer Bananensorte aus Papua Neuguinea in die weltweit bedeutende Sorte Cavendish eingeführt. Feldversuche in Australien ergaben, dass in einer Zuchtlinie der Provitamin A-Gehalt mehr als verdoppelt war. Die verantwortlichen Gene wurden dann in Uganda in lokale Kochbananensorten eingebracht. Kochbananen sind ein Grundnahrungsmittel in ländlichen Gebieten des Landes. In den neu entwickelten Kochbananen konnte im Vergleich zu herkömmlichen Sorten ein deutlich höherer Provitamin A-Gehalt nachgewiesen werden. Die Bananen werden nun in weiteren Feldversuchen in Uganda getestet. Mit einer Markteinführung wird nicht vor 2025 gerechnet.

Projekte zur Anreicherung von Lebensmitteln mit gentechnischen Methoden (Beispiele)

Pflanze Anreicherung mit Wer Stand
Cassava Eisen, Zink, Vitamin E BioCassava Plus erste Feldversuche »
Sorghum (Hirse) Provitamin A, Eisen, Zink Africa Biofortified Sorghum fertig entwickelt, Prüfung auf biologische Sicherheit »
Koch-banane Provitamin A Queensland University of Technology fertig entwickelt, Feldversuche »
Reis Provitamin A IRRI Zulassungsanträge eingereicht »
Reis Vitamin B9 (Folsäure) Ghent University in der Entwicklung, Tierversuche Erfolg versprechend »
Kartoffel Provitamin A, Vitamin E ENEA (Italien), Ohio State University fertig entwickelt, Labortests »
Reis Antioxidantien South China Agricultural University fertig entwickelt, Labortests »
Reis Eisen, Zink IRRI fertig entwickelt, Freiland-versuche »