Gegen den versteckten Hunger: Mehr Mikronährstoffe in Nahrungspflanzen

In vielen Ländern des Südens – dort wo stärkehaltige Pflanzen wie Reis, Maniok (Cassava), Mais oder Hirse Grundnahrungsmittel sind – nehmen die Menschen zu wenig Vitamine und Spurenelemente wie Eisen oder Zink auf. Dieser „versteckte Hunger“ ist die Ursache für Millionen von Krankheits- und Todesfällen. Internationale Forschungsprojekte arbeiten daran, Nahrungspflanzen mit mehr Mikronährstoffen anzureichern. Oft geht das mit herkömmlicher Züchtung, in vielen Fällen jedoch nicht. Gerade hier haben gentechnische Verfahren – vor allem neue genomische Techniken wie die Gen-Schere CRISPR/Cas – neue Möglichkeiten eröffnet.

Zu viele Menschen auf der Welt hungern und haben keinen Zugang zu ausreichender Nahrung. Noch verbreiteter ist der „versteckte Hunger“ (Hidden hunger). Zwei Milliarden Menschen leiden unter einem Mangel an Mikronährstoffen, besonders in Ländern des globalen Südens. Mikronährstoffe sind Substanzen, die der menschliche Organismus benötigt, aber nicht selber produzieren kann. Dazu gehören Vitamine, vor allem C, B2, B9, E, und Spurenelemente wie Eisen, Zink oder Kalzium. Diese sind vor allem in Obst und Gemüse enthalten.

In Entwicklungsländern basiert die die tägliche Ernährung oft auf einer einzigen Grundnahrungspflanze, etwa Reis in Asien, Maniok (Cassava), Bananen, Hirse oder Süßkartoffeln in Teilen Afrikas. Verzehrt werden meist die Speicherorgane, die hauptsächlich Stärke enthalten. Die Folgen einer solchen einseitigen Ernährung sind unter anderem Wachstums- und Entwicklungsstörungen, eine erhöhte Anfälligkeit gegen Infektionskrankheiten, insbesondere Masern, und damit eine erhöhte Sterblichkeit oder – im Fall von Vitamin A-Mangel – Erblindung. Besonders betroffen sind Kinder.

In den letzten Jahrzehnten wurden in Regionen, in denen versteckter Hunger weit verbreitet sind, industriell angereicherte Nahrungsmittel und Nahrungsergänzungspräparate verteilt, die wichtige Mikronährstoffe enthalten. Trotz beachtlicher Erfolge 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 Züchter und Agrarwissenschaften daran, Mikronährstoffe in lokalen Nahrungspflanzen anzureichern. Der Vorteil dabei ist, dass die fehlenden Nährstoffe in Pflanzen produziert werden, die ein wesentlicher Teil der täglichen Nahrung sind. Wenn die Bauern entsprechendes Saatgut erhalten und es immer wieder aussäen können, sind aufwändige Verteilungsprogramme nicht mehr notwendig. Internationale Organisationen wie WHO und FAO setzten auf das Konzept Biofortification. Denn auf mittlere Sicht wird es in einigen Weltregionen immer noch viele Menschen geben, die sich gesunde, abwechslungsreiche Nahrungsmittel nicht leisten können.

Vitamine und Spurenelemente in Nahrungspflanzen: Höhere Gehalte mit neuen genomischen Verfahren

2004 startete die internationale Gesellschaft für Agrarforschung (Consultative Group for International Agricultural Research, CGIAR) das Programm HarvestPlus, an dem inzwischen weltweit über 200 Wissenschaftler verschiedener Forschungsinstitute beteiligt sind. Sie beschäftigen sich vor allem mit Pflanzenarten, die in den von Nährstoffmangel betroffenen Regionen als Grundnahrungsmittel dienen.

Zunächst kamen in Afrika Süßkartoffeln und Maniok auf die Felder, beide mit erhöhtem Provitamin A-Gehalt. Inzwischen sind 12 nährstoffangereicherte Pflanzen in 41 Ländern verfügbar, etwa Eisen-angereicherte Bohnen und Perlhirse, Reis und Weizen mit mehr Zink oder Mais mit mehr Provitamin A. Aus den im HarvestPlus-Programm angereicherten Pflanzen sind knapp 500 lokal angepasste Sorten hervorgegangen (siehe Grafik und Dashboard oben rechts). Erreicht wurde das bisher überwiegend mit konventionellen Züchtungsverfahren. Doch die haben ihre Grenzen.

Nur wenn im [[A:1585|Genpool))der jeweiligen Art Gene vorhanden sind, welche die Pflanzen dazu bringt, einen bestimmten Mikronährstoff zu bilden, kann diese Fähigkeit aus anderen Sorten oder verwandten Arten eingekreuzt werden.

Gerade bei Reis, einer der wichtigsten Nahrungspflanzen, ist das jedoch nicht der Fall. Trotz intensiver Suche fand sich in den Genbanken keine einzige Reis-Variante, die Pro-Vitamin A (Beta-Carotin) produziert und im Reiskorn speichert. Mit gentechnischen Verfahren sind diese Grenzen überwindbar: Durch das Einführen „fremder“ Gene können geeignete, zu Vitaminen oder Spurenelementen führende Stoffwechselwege in Pflanzen „eingebaut“ werden.

Doch auch wenn eine Pflanzenart „von Natur aus“ fähig ist, einen bestimmten Mikronährstoff zu bilden, bleiben die mit konventionellen Züchtungsmethoden erzielbaren Gehalte oft viel zu gering. Sie reichen nicht aus, um mit der täglichen Nahrung genug Vitamine und Spurenelemente aufzunehmen und den versteckten Hunger mit seinen gesundheitlichen Folgen tatsächlich zu überwinden. Mit gentechnischen Verfahren kann ein vorhandener, aber schwacher Stoffwechselweg „getriggert“ werden, etwa indem daran beteiligte Promotoren länger und stärker aktiv sind.

Gentechnische Verfahren und die Möglichkeiten, damit Stoffwechselwege in Pflanzen neu anzulegen oder zu optimieren (Metabolic Engineering), „können dazu beitragen, Effektivität und Nutzen biofortifizierter Pflanzen weiter zu steigern“, so das Fazit einer internationalen Publikation im Fachjournal Nature Communications, an der 14 Forschungsinstitute aus acht Ländern beteiligt waren.

Mit gentechnischen und inzwischen auch mit neuen genomischen Züchtungsverfahren (NGT) können die ertragsreichsten, lokal am besten angepassten Sorten gezielter verändert werden, ohne Verluste erwünschter Eigenschaften wie sie beim Einkreuzen vitaminreicher Wildarten in Kultursorten unvermeidbar sind. Zudem kann eine Anreicherung mit Nährstoffen einfacher mit vorteilhaften Eigenschaften wie Trockentoleranz oder Resistenzen gegenüber Schädlingen und Krankheiten kombiniert werden. „Bauern sollten sich nicht entscheiden müssen, ob sie Sorten anbauen, die entweder nährstoffreich sind oder stabile Erträge liefern. Beide Aspekte in den gleichen Sorten zu kombinieren ist wichtig und kann mit zu einer weiten Verbreitung gerade im Kleinbauernsektor beitragen“, so der Agrarökonom Matin Qaim vom Zentrum für Entwicklungsforschung der Universität Bonn.

Vor allem Provitamin A wurde gentechnisch bereits in Reis, Maniok, Sorghum (Hirse) oder Bananen angereichert. Diese Eigenschaften sollen in lokale Sorten eingebracht werden und für Kleinbauern in Entwicklungsländern ohne Lizenzgebühren zugänglich sein.

• Das bekannteste Projekt ist der Provitamin A-angereicherte Goldene Reis, an dem bereits seit den 1990er Jahren gearbeitet wird. Auf den Philippinen wurde er 2021 für den Anbau zugelassen und auf kleineren Flächen angebaut.
• Ein weiteres Beispiel ist Banana 21, ein Gemeinschaftsprojekt der Queensland University Australien) und der National Agricultural Research Organisation in Uganda. Entwickelt wurden Bananen mit höheren Anteilen an Provitamin A und Eisen. Zunächst wurde nach Genen und Promotoren für die gewünschten Merkmale gesucht und in Kulturbananen eingeführt. Dann wurde das Genkonstrukt für die Nährstoffanreicherungen auf lokale Kochbananensorten aus Uganda übertragen. Derzeit werden die Bananen in Feldversuchen in Uganda angebaut. Dabei zeigte sich bereits, dass diese Bananen deutlich erhöhte Provitamin-A-Gehalte aufweisen als unveränderte Bananen. In Kürze dürfte der Anbau in Uganda beginnen. Kochbananen sind dort Grundnahrungsmittel.

Inzwischen wird auch mit Genome Editing daran gearbeitet, Bananen mit Provitamin A anzureichern. Ein Team des National Agri-Food Biotechnology Institute und der Panjab University in Indien hat Kulturbananen der Sorte Cavendish mit Hilfe der Gen-Schere CRISPR/Cas so verändert, dass die Früchte bis zu sechsmal soviel Provitamin A enthalten wie herkömmliche Vergleichssorten. Ebenfalls mit zielgerichteter Mutagenese gelang eine Reissorte mit erhöhtem Zink- und Eisengehalt.

In einer aktuellen, 2026 in Nature publizierten Studie hat eine internationale Autorengruppe untersucht, „wie CRISPR–Cas-basierte Ansätze eingesetzt werden könnten, um die Ziele einer Überwindung des versteckten Hungers zu erreichen, indem die Mikronährstoffdichte auf das Niveau erhöht wird, das zur Linderung von Vitamin- und Mineralstoffmängeln in der Ernährung erforderlich ist.“

Der entscheidende Vorteil der neuen genomischen Techniken ist ihre „extrem hohe Präzision und die gezielte punktuelle Veränderung einzelner Gene.“ Inzwischen hat auch die Europäische Union beschlossen, wie viele andere Staaten einfache CRISPR-editierte Pflanzen, deren Veränderung auch durch natürliche Mutation oder klassische Züchtung hätte entstehen können, wie konventionell gezüchtete Pflanzen zu behandeln. „Das ist eine große Chance, die Entwicklung von biofortifizierten Kulturpflanzen zu beschleunigen und Versteckten Hunger wirksam zu bekämpfen“, so der Co-Autor Mustafa Bulut vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle.

Projekte zur Anreicherung von Lebensmitteln mit gentechnischen Methoden (Beispiele):