Sorghum Afrika

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. Verschiede internationale Forschungsprojekte arbeiten daran - mit Erfolg.

Cassava

Cassava (Maniok): Die Wurzeln sind in Teilen Afrikas das wichtigste Grundnahrungsmittel. Mit gentechnischen Methoden wurden sie mit Vitamin E, Eisen und Zink angereichert. - Ähnlich Hirse (Sorghum): Hier wurde der Gehalt an Provitamin A, Vitamin E, Eisen und Zink erhöht.

Foto: IFDC-Photography; großes Foto oben (Hirse): ICRISAT-CC BY-NC 20<

Großes Foto oben: ICRISAT

Süßkartoffel

Orange Süßkartoffeln: Mit konventionellen Methoden haben Wissenschaftlern eine Süßkartoffel mit erhöhtem Vitamin A-Gehalt entwickelt.

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

Goldene Banane

Kochbananen mit erhöhtem Provitamin A-Gehalt. In Uganda laufen bereits Feldversuche.

Foto: Queensland University

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. Sie sind vor allem in Obst und Gemüse enthalten. Doch viele Menschen in Entwicklungsländern können sich das 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. Wenn die Bauern entsprechendes Saatgut erhalten, sind aufwändige Verteilungsprogramme nicht mehr notwendig.

Eine Anreicherung in Grundnahrungspflanzen soll keine billige Alternative zu einer ausgewogenen und vielseitigen Ernährung sein. 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 und gentechnischen Verfahren

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

Die ersten mit konventionellen Methoden 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 mit mehr Eisen. Mit Zink angereicherter Reis wird in Bangladesch angebaut, Weizen mit erhöhtem Zinkgehalt in Pakistan. Millionen Kleinlandwirte in mehreren Ländern haben solche Sorten bereits erhalten.

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 - bzw. deren Gene - in Kultursorten eingekreuzt werden können.

Gentechnische 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.

Oft ist es allerdings nicht möglich, allein auf züchterischem Weg zum Erfolg zu kommen (siehe Kasten). Im Rahmen der Grand Challenges in Global Health Initiative, 2003 von der Gates Foundation ins Leben gerufen, werden mit Hilfe gentechnischer Methoden verschiedene Mikronährstoffe in Reis, Cassava, Sorghum (Hirse) oder 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 Vitamin A-angereicherte Goldene Reis, an dem bereits seit den 1990er Jahren gearbeitet wird.

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.

Hirse mit Provitamin A, Vitamin E, Eisen und Zink anzureichern sowie die Proteinverdaulichkeit und -qualität zu verbessern, ist Ziel des Projekts Africa Biofortified Sorghum. Da in anderen Hirsesorten sowie nah verwandten Arten diese Merkmale nicht zu finden sind, nutzen die Wissenschaftler gentechnische Methoden für neue Sorghum-Sorten mit den erwünschten Eigenschaften. Derzeit werden diese hinsichtlich der biologischen Sicherheit geprüft, bevor eine Zulassung beantragt werden kann.

Das Gemeinschaftsprojekt Banana21 der Queensland University of Technology (Australien) und der National Agricultural Research Organisation in Uganda entwickelt Bananen mit höheren Anteilen an Provitamin A und Eisen. Kochbananen sind Grundnahrungsmittel in Uganda, enthalten aber zu wenig dieser Mikronährstoffe.

Zunächst wurde nach Genen und Promotoren für die gewünschten Merkmale gesucht und in Kulturbananen einzuführen. An der Forschung waren viele junge Wissenschaftler aus Uganda beteiligt. Mit dem in Australien gewonnenen Know-how übertrugen sie dann in Uganda das Genkonstrukt für die Nährstoffanreicherungen auf lokale Kochbananensorten. Bei Feldversuchen wiesen diese gv-Bananen deutlich erhöhte Provitamin-A-Gehalte auf als unveränderte Bananen. Nun werden alle erforderlichen Daten zusammengetragen, die für die Zulassung der nährstoffangereicherten Kochbananen in Uganda notwendig sind. Man geht davon aus, dass die Bananen bis 2021 zugelassen sind.

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 »